下汤温泉位于鲁山县城西23 km, 下汤街北头, 沙河北岸, 高出沙河河谷约4 m, 面积约150 m², 地下热水呈泉群排泄, 可见8个泉眼, 总流量约10.36× 10^-3 m³/s , 温度63 ℃。

工作区北部出露白垩系中粗粒二长花岗岩(K₁Y¹ξ γ )和中元古界熊耳群马家河组安山岩(Pt₂m), 工作区中部、东南部地层出露白垩系斑状二长花岗岩(K₁S¹η γ ), 工作区西南角出露中元古界钾长花岗岩(Pt₂H¹ξ γ ), 工作区中北部为沙河, 出露第四系地层, F1断层以北出露有震旦系、寒武系地层(图1)。

地热的形成过程与基底断裂、岩浆活动有密切关系^[1]。据1: 5万、1: 20万地质图, 工作区内及其附近主要分布F1、F2、F3、F4四条断层。

F1断层(车村— 鲁山大断裂), 位于下汤温泉北约2 800 m处, 近于东西走向, 切过了自古元古界到中寒武统的不同地层。断层线南侧上升, 北侧下降, 倾向南, 断裂深度超过3 km。沿断层带局部可见断层角砾岩, 宽5~6 m, 并有断层崖形成。断层两侧的花岗岩均受挤压而成破碎现象, 宽4~6 km, 其中黑云母已绿泥石化, 长石斑晶分裂成若干碎块, 部分具片麻状构造, 片理走向与构造断裂线方向一致。沿此断裂带于上汤、中汤、温汤、下汤、碱厂形成五大温泉出露, 水温最高超过60 ℃, 因此可能为长期活动的断裂带。

F2断层位于测区北东部, F1南侧, 与F1近于平行, 出露长度680 m, 切穿中元古界熊耳群马家河组地层与中元古界汝阳群云梦山组地层。

F3断层(温汤庙— 台沟断裂), 位于测区南部, 根据1: 20地质图, 走向北西西向, 测区内出露长度近8 km, 切穿早白垩系斑状二长花岗岩地层与中元古界钾长花岗岩。该断层西部与F1交汇。

F4断层位于测区中部, 测区内出露长度1 650 m, 走向北东向, 倾向北西, 倾角60° , 切穿中元古界钾长花岗岩、白垩系斑状二长花岗岩地层及中元古界熊耳群马家河组地层。该断层界于F1、F3之间, 为含热水断层。

图1

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图1 鲁山下汤地区地质概况及物探工作布置 1— 第四系河床河漫滩冲积砾石; 2— 第四系阶地冲积层、砂、砾、亚砂土; 3— 下白垩统中粗粒二长花岗岩; 4— 下白垩统斑状中粒黑云母二长花岗岩; 5— 中元古界钾长花岗岩; 6— 中元古界中粒黑云母二长花岗岩; 7— 上元古界三川组变石英砂岩(下段)和二云石英片岩、大理岩(上段); 8— 中元古界云蒙山组石英砂岩、长石石英砂岩加粉砂岩; 9— 中元古界熊耳群马家河组安山岩; 10— 石英脉/花岗岩脉; 11— 伟晶岩脉/细晶岩脉; 12— 细晶微晶岩脉; 13— 二长花岗岩脉; 14— 花岗岩细晶岩脉; 15— 寒武系馒头组三段灰岩; 16— 寒武系馒头组二段页岩; 17— 寒武系馒头组一段白云岩; 18— 寒武系朱砂洞组白云岩; 19— 古元古界石板河片麻岩、花岗闪长岩; 20— 地质界线; 21— 断层及编号; 22— 推测断层及编号; 23— 电测深点位及编号; 24— 设计钻孔位置及编号; 25— 工作区范围; 26— 下汤温泉

表1给出了测区岩、矿石及水样标本的电性参数。测区砂卵砾石含漂砾地层为高阻、低极化, 中元古界钾长花岗岩、白垩系斑状二长花岗岩、中元古界熊耳群马家河组安山岩为中阻、低极化。当有断裂构造存在且破碎带中充泥、充水时, 电阻率大大降低, 尤其是温泉水, 随着温度的升高, 矿化度也随着升高, 电阻率降低, 极化率升高。

总之, 温泉表现为高极化率、低电阻率的电性特征, 其他岩石(围岩)表现为低极化率、高电阻率的电性特征, 各岩性有明显的电性差异, 因此, 在本地区开展激电测深工作具有良好的工作前提。

表1

表1

表1 测区岩、矿石及水样的电性特征一览 测试标本 ρ /(Ω · m) η /% 第四系黄土层 20 ~70 0.3 ~1.0 砂砾石层 70~160 0.2~1.5 花岗岩 600 0.2~1.8 基底变质岩 1000~1500 0.3~1.2 温度水 2(42 ℃) 2.5~3.5(40 ℃) 1.2(65 ℃)0.48(68 ℃) 2.9~2.4(60 ℃) 15℃浅表冷水 62 1.0~2.0 注:表中电阻率数据引自文献[2]

表1 测区岩、矿石及水样的电性特征一览

鲁山地区五大温泉(上汤、中汤、温汤、下汤、碱厂)在地质构造上同处于近东西向的构造带上, 呈等间距出露在距离车村— 鲁山断裂南侧上盘800~3 000 m的破碎带上。据航磁解释, 地下埋深4 km以下仅存在车村— 鲁山断裂, 故其是地热异常流的控制因素。在深部, 车村— 鲁山断裂是唯一存在的大断裂, 地下热水必然仅能循其上升, 但当其上升到距地表一定距离后, 由于断裂网络的存在, 必然依导水的通道向地表运移, 即温泉的出露受车村— 鲁山断裂上盘断裂体系的控制^[3]。

车村— 鲁山断裂是经历了多期活动的活动性断裂, 早期表现为压性, 断裂带呈舒缓波状延展, 挤压破碎, 发育片理构造和构造透镜体; 中期为张性, 形成张性角砾岩带, 切入早期挤压带内; 晚期为压扭性, 断面平直光滑, 有斜擦痕, 呈顺扭错移, 发育劈理、断层泥及磨圆状硅质小砾石。

断裂带内存在较多的硅化岩带、萤石脉及少量蛋白石、重晶石、方解石脉, 这些岩脉在一般情况下为低温热液作用形成的, 是热水强烈活动的显示。研究表明, 硅化会出现在导热构造处, 硅化强烈处热水富水性较好。这些硅化岩和岩脉主要分布在晋宁期、燕山期花岗岩及中元古界熊耳群安山玢岩的断裂带中, 这说明该断裂带在每次岩浆侵入和断裂活动时期均伴随一定热液活动。

车村— 鲁山断裂不仅经历了多次构造运动, 而且也是地热活动带。鲁山五大温泉的形成和出露受到该断裂的控制, 断裂带中的花岗岩挤压破碎强烈, 这就造成地下热水运移、储存的有利环境。据野外调查, 车村— 鲁山断裂上盘NE向的剪切断裂十分发育, 鲁山五大温泉恰恰位于NE向的断裂构造密集带上。因此, 鲁山五大温泉既受控于近东西向的车村— 鲁山断裂, 也受控于北东向的断裂; 前者为一级控热导热构造, 是深部热源向上对流的主要通道, 后者为二级控热导热构造, 决定了各温泉的出露情况。

综上所述, 在正常区域地质背景下, 大气降水在北、西、南三面山区入渗补给地下热水, 并沿着车村— 鲁山大断裂的破碎带到达约3 km深的地下, 在地形和水头压差的驱动下, 地下水沿着F1断裂带自西向东缓慢的运移, 期间受地壳内部热源传导, 加热温度达到90 ℃左右, 同时淋滤溶解围岩, 获得其中的化学成分, 在排泄区受到北东向断裂的控制, 向地表运移, 出露成泉。

工作区位于下汤温泉东西两侧, 布置两条近南北向激电测深剖面(见图1), 目的是探测F4断层向西的延伸情况, 以便确定地热井位。激电测深工作采用对称四极测深装置, AB最大为1 000 m, 最小为5.6 m, MN/AB=1/4。

3.1 曲线类型分析

由于测区地质构造以及地层浅部黏土、卵石、砂互层的不均匀存在, 测深曲线类型较多。在基岩出露地带(或第四系覆盖层较薄), ρ _s曲线类型一般呈AA型, 如图2中26点; 当测点靠近断裂构造时, 曲线类型发生畸变, 前支仍呈A型, 尾支发生畸变, 呈下降趋势, 或锯齿状跳跃, 如图2中22点; 第四系地层埋藏较厚且有黏土、卵石、砂互层存在, 下伏花岗岩时, ρ _s曲线呈KHA型, 如图2中17点。

图2

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	图2 电测深Ⅱ 线几个测点的视电阻率曲线

曲线类型不同, 反映了地层、地质构造不同。26点的曲线类型为AA型, 曲线前段AB/2在2.8~100 m范围内, 曲线缓慢上升, 呈A型, ρ _s最大达60 Ω · m, 为表层风化的二长花岗岩引起; 曲线尾支AB/2超过100 m时, ρ _s急剧上升, 接近45° 渐近线, 表明测点深部基岩完整。17点曲线类型为KHA型, 曲线前段AB/2在2.8~14 m范围内, 曲线急速上升, 呈K型, ρ _s最大达360 Ω · m, 反映为浅部第四系卵砾石层的电性特征; 曲线中段AB/2在14~55 m范围时, 曲线下降, 呈H型, ρ _s最低130 Ω · m, 反映为下部第四系砂、黏土互层的电性特征; 曲线尾支当AB/2> 55 m后, 曲线呈直线上升, ρ _s升高, 表明深部存在高电阻率的电性岩层, 且深部基岩完整, 无破碎。22点的ρ _s曲线前段, 当AB/2=2.8~14 m时, 曲线平缓, 反映为地表覆盖层低电阻率的电性特征; 当AB/2=14~140 m时, 曲线类型为A型, 呈直线上升, ρ _s最大达160 Ω · m, 反映为斑状二长花岗岩的电性特征, 直线上升表明在垂向上该段基岩完整, 曲线尾支AB/2> 140 m时, 曲线下降, 平缓, 跳跃, 发生畸变, 数值较低, ρ _s最高165 Ω · m; 该现象表明, 本测点深部基岩破碎, 有断裂构造存在, ρ _s较低, 说明断裂构造中有低阻地质体充填。由于断层构造的存在, 使得22点尾支曲线类型发生了畸变, 地层在垂向上发生错动, 致使同一地层在深度上发生变化, 视电阻率下降表明深部有地下水存在。

图3为22点的视极化率曲线。当AB/2=2.8~55 m时, 曲线平缓, 反映为地表覆盖层低极化的电性特征, 当AB/2=55~100 m时, 曲线呈直线上升, 当AB/2=100~500 m时, η _s达到最大值(2.7%), η _s曲线稍有跳动, 数值均较高。这表明本测点深部基岩破碎, 有断裂构造存在, η _s较低, 说明断裂构造中有高极化地质体充填。

图3

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	图3 22号测点的视极化率曲线

3.3 定量解释

电测深曲线的定量解释工作是利用中国地调局研制的“ 重磁电数据处理软件RGIS” 进行的, 22/Ⅱ 号测点的反演计算结果(表2)显示:该点分5个电性层, 完整基岩1~4电性层累计厚度157.58 m, 之下为构造破碎带含水层, 视电阻率较低。

图4

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	图4 鲁山县下汤东Ⅱ 线激电测深ρ s、η s等值线断面

图5

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	图5 鲁山县下汤东Ⅱ 线激电测深ρ 、η 反演断面

表2

表2

表2 22/Ⅱ 测点电测深实测视电阻率曲线反演结果 层号 ρ /(Ω · m) 厚度/m 1 34.07 8.622 2 58.905 10.976 3 154.583 8.559 4 1047.091 129.423 5 22.579 迭代次数10, 拟合均方相对误差2.137 477%

表2 22/Ⅱ 测点电测深实测视电阻率曲线反演结果

图5为Ⅱ 剖面对称四极电测深ρ _s、η _s断面反演成果。图5a中, 当反演深度大于150 m后, 22点处的地层在水平方向上发生变化, 呈低阻, 明显为断层反映, 倾向北。在此位置的视极化率反演成果(图5b)表现为高极化, 断面反演结果与22/Ⅱ 号测点反演计算结果吻合较好。以上反演计算结果表明22/Ⅱ 号测点深部有断层通过, 推测为F4断裂, 该断裂宽大, 与F1活动性断裂相连, 为其附近地热资源提供了热源; 而22/Ⅱ 、26/Ⅰ 测点与下汤温泉分别处在F4的北侧, 因此确定地热孔位为22/Ⅱ (ZK01)、26/Ⅰ (ZK02)测点, 井深250 m。

根据以上分析结果认为, 下汤温泉即受控于近东西向车村— 鲁山断裂(F1), 也受控于北东向F4断裂。物探所定钻孔ZK01、ZK02, 后期经过地质钻探, 分别在171 m、175 m见到断层破碎带, 终孔深度250 m, 单井涌水量大于25 t/h, 出口温度61 ℃。

电测深作为一种常规的、间接的地球物理勘查方法, 具有轻便、灵活、快速、经济的特点, 在地球物理前提具备的条件下, 充分了解勘查区的地质及地电特征, 结合地质资料, 从已知到未知, 正确运用RGIS软件进行反演解释, 尽量消除其多解性, 能够取得较好的勘查成果。