0 引言

干热岩，英文名称为 Hot Dry Rock，不含或仅含少量流体，温度高于 180℃，其热能在当前技术经济条件下可以利用的岩体（国家能源局，2018）。中国干热岩资源丰富，据相关资料显示，中国大陆地区干热岩地热储量大约为21×10⁶ EJ（赵雪宇等，2015）。近几十年，中国在干热岩勘探中取得了一定的成果，特别是在共和盆地、松辽盆地、东南沿海等地均取得了干热岩勘探的重大突破及进展（薛建球等， 2013；李正伟等，2015；蔺文静等，2015；严维德， 2015；赵雪宇等，2015；鲍新华等，2017；李亭昕等， 2020），并且通过开展有关干热岩资源潜力评价及其勘查的前期论证，确定了中国干热岩资源有 4 种类型：高热流酸性岩体型（高放射性产热型）、沉积盆地型、近代火山型、强烈构造活动带型（甘浩男等，2015），广西能源问题突出，属于“缺煤、少油、乏气”的能源资源匮乏区，为了解决能源问题，广西在 《广西能源“十三五”规划》明确提出，要“积极推进页岩气、干热岩等非常规能源矿产调查评价”，故干热岩勘查显得极为紧迫。

广西大地构造处于华南板块的南端，包括其中的扬子陆块和南华活动带的连接部分，而广西北部湾处于扬子克拉通（上扬子陆块）与华夏新元古代 —早古生代造山带的交接地带，深大断裂构造发育、岩石圈厚度较薄、居里面、地幔埋深浅、且有大量的岩体出露或隐伏在深部，具有较好的干热岩地热资源形成条件（康志强等，2020a，2020b；孙明行等，2022）。

地球物理方法是寻找深度较大目标体较为有效、经济的勘探方法，不同的地球物理学方法在干热岩勘查中的效果是不同的。大地电磁法工作方便、探测深度大，纵向分辨率高，可以划分出地层的电性特征（王建新，2013），适用于区域性大断裂圈定地热异常区（陈怀玉等，2020）；重力具有勘探深度大、数据可信度高、不受电磁干扰的特点，重力异常能反演地下岩体的分布及区域断裂特征（马健等，2024），数据通过反演，获得莫霍面深度，进而分析壳幔结构，通过大地电磁法与重力成果，分析控热、导热断裂构造（张超等，2020；付荣钦等，2022； 张畅等，2022；宋涛等，2023；杨永红等，2024）。大地电磁法与重力勘探作为地球物理方法中的一种手段，能够对深部地质构造等做出较为有效的推断，并且根据物探异常对广西北部湾干热岩远景区进行了划分，为下一步广西北部湾干热岩探测提供了物探依据。

1 地质及地球物理特征

1.1 地质概况

研究区跨度较大，而大地电磁法测线主要经过钦州、合浦以北的大部区域，各时代地层发育齐全，地层从元古界至新生界均有出露（详见图1及表1），现对主要代表性地层表述如下所示：

研究区横跨钦防结合带、罗霄—云开弧盆系、北部湾凹陷 3 个三级构造单元，而物探测线主要通过钦防结合带及北部湾凹陷；深大断裂带主要有防城—灵山断裂（F5）、博白—梧州断裂（F6）及陆川— 岑溪断裂（F7）通过，而博白—梧州断裂及陆川—岑溪断裂同属博白—岑溪断裂带；研究区划分为印支和燕山两个主岩浆活动期自西向东形成旧州—等增紫苏青花岗岩带→那丽镇青花岗岩带，而物探测线处于那丽镇岩体上（图1）。

1.2 地球物理特征

1.2.1 密度特征

广西地壳表层岩石密度以超基性、基性岩最高，碳酸盐岩次之，花岗岩与变质岩的平均密度相近，居第三，碎屑岩类密度最低。若取密度平均值差大于 0.10×10³ kg/m³ 作为划分密度层和密度界面的标准，广西的地层则有 5 个密度层和 4 个密度界面（王钟等，1986^①；李叶飞等，2019^②；区小毅等， 2024）。

①侏罗系与三叠系之间的密度界面，平均密度差 0.17×10³ kg/m³，上低下高；②泥盆系与志留系之间的密度界面，平均密度差 0.24×10³ kg/m³，上高下低；③志留系与奥陶系之间的密度界面，平均密度差为 0.18×10³ kg/m³，上低下高；④震旦系与前震旦系之间的密度界面，平均密度差为 0.14×10³ kg/m³，上低下高。

地球由浅到深可分为地壳—地幔—地核，地壳是岩石圈的重要组成部分。据广西地质志，地壳与地幔之间存在一明显的密度界面，密度差达到 0.65×10³ kg/m³，其界面为莫霍界面，地壳及地幔其密度特征如表2所示（区小毅等，2024）。

1.2.2 电性特征

在研究区内，灰岩等碳酸盐岩电阻率平均值为n×10⁴ Ω·m，属极高阻；而火山岩、岩浆岩等侵入岩电阻率平均值为 n×10³～n×10⁴ Ω·m，属高阻—极高阻；硅质岩与泥灰岩则为 n×10³ Ω·m 属高阻；泥岩、页岩、粉砂岩、砾岩较低，为10² Ω·m数量级，属中阻层；而充水构造破碎带等热储带电阻率值一般小于 2000 Ω·m。由此可见，充水构造破碎带、砂岩等碎屑岩与完整的碳酸盐岩有较明显的导电性差异。

在研究区范围内，根据地层划分主要分为 2 个电性层，上白垩统—下三叠统主要显示为低阻，中泥盆统—加里东期混合岩显示高阻。分层如表3 所示。

坚硬的岩石基本显示相对高阻，而如遇高温、高压等，直接或间接地影响了岩层自身及其附近地层的岩石物理学性质（如密度、磁化率、电阻率、弹性波速等），另外，自由空间物理异常与热流密度有关，地下热水与电阻率关系密切，因为温度升高引起溶液黏滞性减少，离子活动增加，离子的迁移率增大，致使电阻率降低，因此可通过电阻率变化间接显示热异常。深断裂发育且控制着部分岩浆的侵入和分布，深部的热源可以通过深大断裂向上传导，热源通道显示低阻；所以软流圈层及热源通道均因为高温、高压等而显示相对低阻。

2 地球物理方法

2.1 大地电磁法

2.1.1 基本原理

电磁测深方法是根据电磁感应的趋肤效应，即高频电磁场穿透浅，低频电磁场穿透深的规律进行工作，通过观测天然场源在大地中激励的电磁场的频率特征或时间特征来研究地电参数沿深度的变化。大地电磁法又称 MT 法，是一种利用天然电磁场进行电磁测深的方法。在研究深度数千米或更深的石油、天然气勘探和地壳、地幔研究中应用较为广泛（程志平，2007）。

1—第四系；2—新近系；3—古近系；4—白垩系；5—侏罗系；6—三叠系；7—二叠系；8—石炭系；9—泥盆系；10—志留系；11—白垩系侵入岩； 12—侏罗系侵入岩；13—三叠系侵入岩；14—志留系侵入岩；15—韧性剪切带；16—断层；17—三级构造单元界线；18—物探测点

2.1.2 采集参数

本文MT勘查研究工作采用4分量张量测量，观测 4 个水平分量（Ex、Ey、Hx、Hy），测量频率范围 320～0. 00055 Hz；19 个物理点，点距 5. 0 km，电极布置采用“＋”字形布设，固定南北方向为X，东西方向为Y；测点选择在开阔、平坦、土质均匀的地方，周围开阔、至少两对电极范围内地面比较平坦的地方；电极点的布设利用测绳和罗盘相互辅助，电极距采用 80 m，两对电极尽可能布设在同一水平面内；电极采用固体不极化电极，电极在使用之前要进行浸泡和配对，电极接地电阻不大于 2000 Ω，电极埋入土中 20～30 cm；水平磁棒方向用森林罗盘和水平标尺现场实测，方位角偏差小于 1°，水平磁棒埋入土中保持水平，水平磁棒埋入土中深度为30 cm，地面上部用土埋实；采集时间长度不少于40 h。

2.2 重力勘探

地球表面的任何物体都受到地球重力的作用，即受到地球的引力和地球自转引起的惯性离心力的合力的作用。地球表面的重力随地点而变化。重力的变化与地下物质密度分布不均匀有关；而物质密度的分布又与地质构造分布等有密切的联系。因此，研究地下物质密度分布不均匀引起的重力变化（称为重力异常），可以了解和推断地球的结构、地壳的构造等等（曾华霖，2005）。

3 物探数据处理及异常解释

大地电磁法的数据处理主要用到的软件有 SSMT2000、MTeditor 及 MTsoft2D，其中 SSMT2000 主要进行数据的傅里叶变换、预处理及 Robust 处理， MTeditor 主要进行数据的编辑，MTsoft2D 主要用来数据编辑及反演。反演采用二维非线性共轭梯度 （NLCG）反演。

重力数据处理采用 RGIS 软件中的区域重力数据库管理系统中的2.5维可视化反演模块对重力剖面进行拟合定量正演，综合考虑全区背景层密度取值为 2.7×10³ kg/m³，新生界—中生界侏罗系低密度层（包括新近系N、古近系E、白垩系K、侏罗系J），密度值为2.44×10³ kg/m³；中生界三叠系—上古生界高密度层（包括三叠系T、二叠系P、石炭系C及泥盆系 D），密度值为 2.61×10³ kg/m³；下古生界志留系 S 低密度层，密度值为2.3×10³ kg/m³。而深部分层，地壳密度值为 2.7×10³ kg/m³；上地幔坚硬地幔岩密度值为 3.5×10³ kg/m³；上地幔软流圈密度值为 3.2×10³kg/m³。

物探的主要目的是结合研究区地质背景及构造特征、地球物理、地球化学、钻探等资料的综合研究，利用重力数据，进行反演，划分岩体展布特征及莫霍面界面，进而分析壳幔结构；利用大地电磁法成果对研究区内电性层、深部断裂构造等进行划分，推断壳幔界面、断裂的埋深、展布特征，进一步分析导热通道。

重力数据采用广西全区 1∶20 万的区域重力进行正演拟合。由图2 可见：布格重力异常曲线总体上显示波浪式起伏，西往东呈现逐渐变大的趋势； 重力布格异常从西往东呈现逐渐变大的趋势，主要反映莫霍面向东南方向（即海洋方向）逐渐抬升倾斜的梯级形态；而呈现波浪式起伏的趋势，为浅部局部地层的起伏、缺失及横跨大构造带所导致的局部异常起伏；在 15～35 km 处存在一明显的布格低值异常，该局部低异常主要为花岗岩体所致（那丽岩体）；而 60～70 km 的布格低异常，主要为西场盆地所致。

根据大地电磁测深二维反演断面图（图3）可见：在剖面 20～50 km 处，存在一明显的中高阻异常，与布格低值异常相对应，该中高阻异常为三叠纪花岗岩侵入岩（那丽岩体）；而在55～75 km处，存在一明显的低阻异常，与重力布格低值异常对应，低阻体为西场盆地的综合反映，该盆地埋深认为可达 5 km 左右。深部存在大面积并且连续的低阻异常，在局部（剖面15～25 km及75～90 km地段）该低阻异常呈现隆起现象，认为深部大面积的低阻异常为上地幔软流圈，而低阻异常呈现隆起现象，为软流圈底侵和隆起所导致的现象，岩石圈则因为软流圈底侵和隆起而变薄，而软流圈的底侵及隆起形成了岩浆通道及热流通道的基础。

MT 剖面经过了桂东南的两大断裂带，从即防城—灵山断裂带及博白—岑溪断裂带；从大地电磁测深成果可知，防城—灵山断裂带（F1、F2）在剖面 5～10 km处有着明显的综合反映，主要体现为明显的低阻异常带，异常带较宽，且往东南方向倾斜，一直延伸至深部，证明防城—灵山断裂带在北部湾区域一直有往深部延伸的趋势；博白—岑溪断裂带 （F4）在剖面的 70 km 处也存在着低阻异常的反映，该低阻带呈现低阻梯度带密集变化情况，梯度带较陡，证明博白—岑溪断裂带在北部湾区域倾向较陡。

4 北部湾干热岩远景区及概念模型构建

4.1 圈定远景区

以大地电磁法为主，重力勘探为辅，利用这两种地球物理方法，对北部湾地区的深部地质结构、热储结构、深部热源、深大断裂、莫霍面、上地幔、及岩体的空间展布做出综合分析并圈定干热岩远景区，具体如图4、图5所示。

防城—灵山断裂带及博白—岑溪断裂带等深大断裂发育，不仅控制着部分岩浆的侵入和分布，亦对深部的热源具有一定的导向，深部的热源可以通过深大断裂向上传导，并在地表形成具有一定热量的地热田（康志强等，2020b；孙明行等，2022）。根据MT成果深部低阻分布、软流圈底侵、隆起情况及区域内的大断裂分布及延伸情况分析，深部存在 3条主要的热源通道（通道 1、2、3），而热源通道 1在浅部又分化为 2 条次一级的热源通道，其中 1 条次一级热源通道主要通往西场盆地，2、3 通道又汇聚在西场盆地，该区域为博白—岑溪断裂带通过地段，对2、3通道的深部热源具有一定的导向作用。

中国干热岩资源主要有有 4 种类型（前文已叙述），根据地球物理方法勘探的成果，北部湾地区的西场盆地具有一定厚度的、稳定的、隔水性好的盖层，且热源通道汇集，且区域范围内已有已知岩浆岩侵入现象（那丽岩体），深部认为有隐伏岩体随着博白—岑溪断裂带侵入，可为西场盆地提供源源不断的热量。经调查，在西场盆地已存在石湾温泉、古海水温泉。物探认为西场盆地区域为北部湾地区干热岩形成的有利区域，西昌盆地干热岩资源主要属于沉积盆地型及强烈构造活动带型的混合型。

1 —西场盆地边界及干热岩远景区；2—断层；3—物探测点

4.2 建立概念模型

根据上述地球物理成果，结合北部湾地区的地质等相关资料，建立了广西北部湾地区干热岩资源的成矿概念模型图（图6）。北部湾地区主要存在高热流酸性岩体型（高放射性产热型）、沉积盆地型及强烈构造活动带型这3种类型或其中的2种、3种类型的混合型。

5 结论

（1）地球物理方法在干热岩探测中发挥着重要的作用，关键是通过本次探测，发现北部湾地区具备了良好的干热岩形成的潜力。利用物探成果圈定了一处干热岩远景区（西场盆地），且建立了广西北部湾地区干热岩成矿概念模型，为下一步干热岩探测工作提供了一定的物探依据，并且为今后广西在北部湾开展干热岩探测或同类型深部地热能开发提供了参考的依据。

（2）地球物理方法在本次干热岩探测中效果显著，以大地电磁法为主，重力为辅，两种地球物理方法相辅相成，互相补充且互相约束，提高了物探推断成果的可靠性，特别是大地电磁法，对于深部的热源通道、深大断裂及盆地的分布能很好的体现出来，彰显了地球物理方法在干热岩探测中的重要性。

（3）大地电磁法作为主要的深部探测手段，体现了丰富的地电信息，通过这些地电信息，可以有效的对北部湾地区的深部地质结构、热储结构、深部热源、深大断裂、莫霍面、上地幔及岩体的空间展布等进行分析，特别是对软流圈的划分及底侵、隆起情况、大型导热断裂带有着明显的效果；进而划分了热源通道，对干热岩的远景区划分有着至关重要的作用。

（4）圈定北部湾西场盆地区域为干热岩远景区且分析了其形成机制（属沉积盆地型及强烈构造活动带型的混合型），该区具有一定厚度的、稳定的、隔水性好的盖层，热源通道汇集，可为西场盆地区域提供热源，且存在了石湾温泉、古海水温泉，证明该区已具有一定的地热能生成条件。因此，建议在西场盆地区域开展进一步的干热岩地质调查工作，进一步对西场盆地的干热岩成热前景进行系统研究。

注释

① 王钟，龙国坤，麦广田. 何裕宝.1986. 广西区域岩石物性调查报告[R]. 桂林：桂林冶金地质学院.

② 李叶飞，杨富强，区小毅，叶毓栋 .2019. 广西东部干热岩远景调查研究物探物探成果报告[R]. 南宁：广西壮族自治区地球物理勘察院.

参考文献