浙江新昌盆地北缘地热资源成矿模式与三维可视化预测

郑伟军， 彭 鹏， 吴 鹏， 阳 翔， 陈沈健， 韦 毅

(浙江省水文地质工程地质大队，宁波 315012)

浙江新昌盆地北缘地热资源成矿模式与三维可视化预测

郑伟军， 彭 鹏， 吴 鹏， 阳 翔， 陈沈健， 韦 毅

(浙江省水文地质工程地质大队，宁波 315012)

为在浙江新昌盆地北缘开发更具投资价值的地热井，开展了重力与可控源音频大地电磁测深(CSAMT)相结合的综合物探工作，推断盆地北缘深部为断裂接触关系，浅部为不整合接触关系，并初步分析该区地热资源的成矿模式为构造裂隙型带状热储，三维视电阻率模型预测该区勘查开发地热资源的有利区位为盆地北缘深部断裂。

新昌盆地北缘； 地热； 成矿模式； 可视化预测

0 引言

地热资源集水、矿、热三位于一体，不仅是可再生的绿色环保能源，还广泛应用于理疗养生、温泉洗浴等旅游产品地开发。开发利用地热资源，既可降低常规能源消耗，减轻环境污染，符合国家产业结构性调整地需要，还能促进地方旅游经济地发展，提高当地居民收入[1]。

浙江新昌盆地是浙江省四十余个晚侏罗系～白垩系中小盆地中的其中之一，盆地北缘已开发一口地热井，但是深度较浅，水温较低，水量较小，钻孔钻遇盆地内、外地层的不整合接触面，未钻遇控盆断裂，出水段位于侏罗系高坞组凝灰岩内断裂破碎带[2]。经研究相关地质资料和已有勘查成果[3]认为，该区深部控盆断裂具有地热资源赋存的条件。物探方法是勘查深部地热资源的很好的一种手段[4-14]，根据该区岩石密度和电阻率的差异，采用重力与可控源音频大地电磁测深(CSAMT)相结合的综合物探方法，在该区开展深部地热资源勘查工作。结合地质资料和物探解释，提出该区地热资源成矿模式。通过三维可视化技术，建立地下空间视电阻率模型[15-16]，预测地热资源赋存的有利区位，为其他地区同类型地热资源勘查开发提供借鉴。

1 地质和物探特征

1.1 地质特征

研究区大地构造位置处于华南褶皱系(Ⅰ2)浙东南褶皱带(Ⅱ3)宁波～丽水隆起亚带(Ⅲ7)新昌～定海断隆(Ⅳ9)中部，北北东向丽水～余姚深断裂和北西向孝丰～三门湾大断裂交汇于勘查区东北侧。上述两深大断裂在嵊州境内交汇呈“人”字形，“人”字形内侧构成新昌盆地。受两深大断裂影响，研究区北北东向和北西向次级断裂发育。研究区地层主要由侏罗系火山岩、白垩系沉积岩和新近系玄武岩组成(图1)。据研究区地质资料，盆地北缘发育东西向断裂F1，该断裂为新昌盆地北缘较大断裂之一，与新昌盆地地形成与演化有重要关系。断裂上盘即盆地内为白垩系朝川组砂砾岩，断裂下盘即盆地外为侏罗系高坞组晶屑凝灰岩[17]。然而研究区地质资料认为的F1断裂在实地野外调查中并未发现，地表朝川组与高坞组地层呈不整合接触关系，推测认为两套地层浅部为不整合接触关系，深部为断裂接触关系。

图1 工作区区域地质简图(据1∶200 000诸暨幅地质图)Fig.1 Geological map of the work area

1.2 物探特征

据前人物探勘查资料[2]，工作区内密度最大的岩石为侏罗系高坞组凝灰岩，其次为白垩系朝川组砂砾岩，新近系嵊县组玄武岩的密度随岩石孔隙发育程度不同变化较大。

对研究区与周边的岩石露头进行小四极测定并统计，研究区内电阻率最大的岩石为侏罗系高坞组凝灰岩，其次为白垩系朝川组砂砾岩和新近系嵊县组玄武岩。朝川组砂砾岩有一定孔隙，夹杂泥岩和煤线，其电阻率极低。嵊县组玄武岩底部为砂砾石层，当地表径流供水比较充足时，常常表现为低阻。具体岩石物性参数见表1。

表1 工作区岩石物性参数表Tab.1 Petrophysics of the work area

2 工作方法

根据区域地质资料和地面地质调查结果，第一阶段物探工作部署了4条北北西向重力和CSAMT测线Z/K10～Z/K40，重力测量采用仪器为CG-5型重力仪，点距为40 m，CSAMT测量采用仪器为GDP32多功能电法站，点距为50 m，发射频率为32 Hz～8 192 Hz，收发距为7 km～10 km，发射偶极距为2 km。Z/K10测线受研究区西侧北西向断裂影响，对F1断裂反映不明显，其余三条测线测得的数据质量较好，测量结果也较一致，初步表明了F1断裂的大致位置和产状。第二阶段物探工作在测量结果较好的Z/K20和Z/K30测线之间部署了两条CSAMT测线K50和K60，K50北北西向，点距为50 m，K60北西向，与Z/K50呈25°夹角，点距为25 m，改变了发射偶极位置，以排除单一场源产生的CSAMT测量结果偶然性，物探测线布设见图2。

图2 物探测线布设图Fig.2 Layout map of the geophysical survey lines

3 推断解释

重力数据处理和反演采用RGIS软件，对布格重力异常进行5点圆滑，然后进行求导和2.5D反演。CSAMT数据处理反演采用SCS2D软件，剔除畸变频点数据，进行了近区校正和静态效应校正等处理，采用二维有限元算法对远场频率数据进行二维滑动平均反演。图3为Z/K20剖面重力和CSAMT综合成果图。Z/K20剖面重力异常曲线呈台阶状，剖面北重力异常高，剖面南重力异常低，表明剖面地下存在一个密度界面[12]。重力异常上延 200 m后，曲线仍有一定梯度，表明密度界面具有一定地延深。水平一阶导数极小值点和垂向二阶导数零值点都出现在133号点，结合剖面北重力异常高，剖面南重力异常低，推测密度界面可能在133号点略往北偏移，倾向向南，或者界面在133号点略向南偏移，倾向向北。Z/K20剖面视电阻率反演断面图中，128号点标高0 m至143号点标高-1 500 m为视电阻率梯级带，梯级带以北为视电阻率高，呈垂向椭圆状圈闭，梯级带以南为视电阻率低，呈近水平状。梯级带以南视电阻率分两层，上层电阻率极低，在标高-200 m处呈水平圈闭，下层视电阻率相对较低，向南逐渐减小。剖面浅部为厚约100 m的视电阻率低，呈水平状。

图3 Z/K20剖面重力和CSAMT综合成果图Fig.3 Comprehensive result map of gravity and CSAMT of Z/K20 line(a)重力异常曲线图；(b)重力反演成果图；(c)视电阻率反演断面图

笔者综合重力和CSAMT的计算和反演结果，结合地质资料，推断该密度界面为断裂F1，位于CSAMT剖面128号点标高0 m至143号点标高-1 500 m，断裂倾向南，倾角为78°，断裂以北为下盘高坞组凝灰岩，密度大，视电阻率高，断裂以南为上盘朝川组与馆头组砂砾岩，密度小，视电阻率低，朝川组地层夹泥岩与煤线，地层视电阻率极低。地表覆盖嵊县组玄武岩，厚约100 m，玄武岩底部为砂砾石层，含水性较好，视电阻率也很低。地表看到的高坞组凝灰岩与朝川组砂砾岩不整合接触关系，为断裂活动停止后沉积活动还在继续而引起的。

每条测线重力的反演结果与CSAMT的反演结果基本吻合，除Z/K10外，其余五条测线测得的数据质量较好，反演结果也较一致，对地层分区与F1断裂的推断结论一致，表明推断结果具有较高的可靠性。

4 成矿模式

研究区地热资源的形成，是大地内部热能通过大地热流和花岗岩辐射热流使下渗至深部的水体增温，即热源为正常的地温梯度增温。研究区内F1断裂是新昌盆地北缘的控盆断裂，断裂下盘为侏罗系凝灰岩，岩石脆性，易发育与F1断裂近平行的次级断裂或基岩裂隙破碎带，研究区地表水沿断裂构造破碎带进行径流，在深部汇入F1断裂及围岩破碎带，F1及次级断裂破碎带为通道及热储。勘查区嵊县组玄武岩和朝川组砂砾岩及馆头组砂岩阻水隔热效果好，嵊县组玄武岩厚度为50 m～200 m，朝川组和馆头组沉积地层总厚度近千米，是理想的盖层。下伏完整的侏罗系火山碎屑岩类，透水性差，热导率、热扩散率较低，是隔水保温层。地热资源成矿模式如图4所示，为典型的构造裂隙型带状热储系统。

图4 地热资源成矿模式图Fig.4 Metallogenic model map of geothermal resource

5 可视化预测

对采用同一发射偶极的Z/K10～Z/K50测线得到的同一深度的反演视电阻率进行二维网格化，得到了工作区不同深度的视电阻率分布(图5)。对采用同一发射偶极的Z/K10～Z/K50测线得到的反演视电阻率进行三维网格化，得到了工作区地下三维空间的视电阻率模型(图6)。从图5和图6中可以看出，以推断的F1断裂为界，断裂以北视电阻率较高，一般为数百至数千欧姆，且深部和浅部视电阻率变化较小，推测该区域岩性单一，为侏罗系高坞组凝灰岩。断裂以南视电阻率较低，深部为数十欧姆，浅部视电阻率低至十几欧姆，推测断裂以南浅部为白垩系朝川组砂砾岩，局部富集泥岩与煤线，深部为白垩系馆头组砂砾岩，岩性较单一。

图5 工作区不同深度反演视电阻率水平切片图Fig.5 Apparent resistivity horizontal section map of different depth at the work area

图6 工作区地下三维空间视电阻率模型Fig.5 Apparent resistivity model of the 3D space under the work area

由Z/K20剖面视电阻率反演断面图以及工作区地下三维空间视电阻率模型可知，梯级带等值线最密处视电阻率值在150 Ω·m左右，视电阻率梯级带基本反映了F1断裂，故绘制了工作区地下空间150 Ω·m视电阻率等值面图(图7)，该等值面的位置和形态大致对应了F1断裂在地下的位置和形态。从图7中可直观地看出，F1断裂走向北东东，倾向南南东，倾角为70°～80°。

按照该区地热资源成矿模式和物探勘查成果分析，F1断裂位于新昌盆地北缘，为控制盆地形成和演化的主干断裂，盆地外高坞组凝灰岩内规模较小的次级断裂较发育，盆地内外高差约300 m，有利于地表径流经凝灰岩内次级断裂下渗汇聚到F1断裂深部，经大地内部热能加热后形成热储。基于以上分析，认为F1断裂深部是新昌盆地北缘热储赋存有利区位。

图7 工作区地下空间150 Ω·m视电阻率等值面图Fig.7 150 Ω·m apparent resistivity iso-surface map of the work area underground space

6 结论

1)重力和CSAMT相结合的综合物探方法，在新昌盆地北缘探测深部地质结构是有效的，探测结果表明，盆地北缘深部是断裂接触关系，断裂走向北东东，倾向南南东，倾角为70°～80°。断裂上盘为白垩系朝川组和馆头组砂砾岩，下盘为侏罗系高坞组凝灰岩。地表看到的不整合接触关系，为断裂活动停止后沉积活动还在继续所引起的。

2)该区地热资源的成矿模式为典型的构造裂隙型带状热储，热源、通道、热储和盖层条件良好，其中控盆断裂F1及次级断裂为地下热水提供了运移的通道和储存的空间，准确探测其位置和产状是地热资源勘查取得成功的关键。

3)将多条共发射源的CSAMT测线视电阻率三维网格化，应用三维可视化技术，构建地下空间视电阻率模型，可有效划分地层分布，推测断裂位置与产状，预测热储区位，为下一步勘探工作提供依据。

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Geothermal resource mineralization model and 3D visualization prediction at the northern margin of Xinchang basin, Zhejiang province

ZHENG Weijun, PENG Peng, WU Peng, YANG Xiang, CHEN Shenjian, WEI Yi

(Zhejiang Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Ningbo 315012, China)

In order to develop a geothermal well which has higher investment value at the northern margin of Xinchang basin, Zhejiang，comprehensive geophysical exploration combining gravity and CSAMT is conducted. It inferred that, at the deep of the northern margin of the basin, the contact relationship is fault and at the shallow, it is unconformity. It is primary analyzed that the geothermal resource mineralization model is structural fissure zonal geothermal reservoir. The 3D apparent resistivity model predicts that the deep fault at the northern margin of the basin is favorable location to develop geothermal resource at the area.

northern margin of Xinchang basin; geothermal; mineralization model; visualized prediction

2016-07-11 改回日期：2016-09-14

郑伟军(1985-)，男，硕士，工程师，主要从事矿产勘查工作，E-mail：zheng-weijun@126.com。

1001-1749(2017)04-0484-06

P 631.8+4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.04.08