摘要
四川省攀枝花仁和地区地质构造复杂，地热地质研究程度较低，属于地热开发勘查空白区。基于此，为探明攀枝花仁和地区的地层发育情况及隐伏断裂特征，圈定地热资源赋存有利位置，本文采用（音频）大地电磁测深法（AMT/MT）及后期钻孔验证等研究手段，探查研究区地下电性结构、地层发育状况及断裂位置、埋深等情况。综合分析可知研究区内奥陶系汤池组、红石崖组致密砂岩、石英砂岩为盖层，下伏巧家组白云岩、白云质灰岩为热储层，受区域内断裂影响，深部地热水沿断裂系统向上运移。在地热赋存有利位置，设计 800 m 地热勘探孔 ZK01，后期完钻深度 810 m，出水量最大可达 496.9 m3 /d，井口出水温度为 30.2 ℃。本研究在攀枝花仁和地热发育空白区成功勘探地热水，具有一定的社会价值。
Abstract
The geological structure of Renhe District in Panzhihua, Sichuan Province is complex, and the research level of geothermal geology is relatively low, which belongs to the blank area of geothermal development and exploration. Based on this, in order to explore the geological development and hidden fault characteristics in the Renhe District of Panzhihua, and delineate favorable locations for geothermal resources, this paper uses research methods such as (audio) magnetotelluric sounding (AMT/MT), and later drilling verification to basically investigate the underground electrical structure. The research area has preliminarily identified the underground electrical structure, geological development status, fault location, burial depth, and other related information. Comprehensive analysis indicates that within this area, the Ordovician Tangchi Formation and Hongshiya Formation consist of tight sandstone and quartz sandstone acting as caprocks, underlain by the Qiaojia Formation dolomite and dolomitic limestone serving as the geothermal reservoir. Deep geothermal water migrates upward along fault systems influenced by regional tectonic structures. At a favorable location for geothermal occurrence, a geothermal exploration borehole (ZK01) was drilled to a planned depth of 800 m. The final completed depth reached 810 m, with a maximum discharge rate of 496.9 m3 /d and a wellhead water temperature of 30.2 ℃. The successful exploration of geothermal water in the previously unexplored geothermal zone of Renhe District, Panzhihua, holds certain social value.
0 引言
地热资源作为一种极具竞争力的清洁和可再生能源，可替代化石燃料，用于室内供暖和发电等，促进区域经济发展，其巨大的资源储量决定了地热能必然成为人类未来的重要替代新能源之一（汪集暘等，2019；王辉等，2025）。四川省南部地质构造复杂，深大断裂十分发育，奠定了具有发育带状热储的构造条件。四川省南部中、低温地热异常区主要包括攀枝花市、凉山州大部分地区及乐山、雅安部分地区。受多期构造变形作用影响，区内地层发育复杂，地热水多沿深大断裂、破碎带或花岗岩接触带分布，大部分具有带状热储发育特征（倪高倩等，2016），地热水的运移、聚集主要沿断裂带发育。因此，断裂构造对于带状热储的发育尤为重要，它既起到导水增温的作用，又可以使深部热储热水在地下水动力作用下运移至地表。但地热水主要位于地下深部，地表温泉点出露较少，常规物探手段难以有效对其探测。（音频）大地电磁测深法作为地球物理勘探方法，探测电磁波频率为104~10-4 Hz，根据趋肤深度公式，该方法探测深度可达几十千米，且具有高效率、低成本优势，广泛应用于矿产、油气、地热资源勘查等领域（朱怀亮等，2019；马健等， 2024；张昆等，2024；梁孝伟等，2025；习肖伟等， 2025）。
本文通过对攀枝花仁和地区开展大地电磁测深和音频大地电磁测深工作，获得了较为可靠的地下二维电性结构，初步查明了研究区地层发育情况及断裂构造特征，圈定了地热赋存有利位置，为后期地热钻孔的布设提供了依据。在钻探成果的基础上，初步阐述了研究区地热发育的概念模型，为今后川南地热资源勘查开发提供有意义的借鉴及重要参考。
1 地质背景
攀枝花南临云贵高原，北西接西藏板块，境内安宁河、金沙江、雅砻江等多条河流及支流纵横交错，形成了山高谷深、盆地交错的地貌。攀枝花地区地层发育齐全，广泛出露太古宙—中元古代结晶基底，古生代—中生代上升为古陆并发生裂谷作用，而西北部则发生连续的海相沉积作用（马玉孝等，2001；何佳玲等；2025）。在新生代构造运动中，受喜马拉雅造山运动的影响，全区发生了强烈褶皱、断裂和剪切等地质作用，导致海西期深大断裂复活，形成了大型韧性剪切带、断裂带及褶皱（王一伟等，2025；萧惠中等，2025）。其中近南北向的昔格达断裂带和攀枝花断裂带奠定了攀枝花地区的基础构造格局（罗健等，2022）（图1）。值得注意的是，研究区内主要构造为昔格达断裂带，是现今强烈活动的断层，北起西昌的磨盘山，南经米易普威、研究区内的鱼鲊、拉鲊，沿金沙江南下接云南绿汁江深断裂带。昔格达主干断裂已影响至上地幔，沿昔格达深大断裂带地震频发，是地幔热物质上涌的主要通道。受该深大断裂控制，研究区内发育一条近东西向次级断裂——流窝子断裂（F1），其展布于昔格达断裂下盘的拉鲊北部地区，整体倾向北，倾角为 45°~60°，属压扭逆冲性质。断层破碎带宽度从十几米至数十米不等，促进了孔隙-裂隙型渗流通道的形成和发育。区内总的构造特征为：断裂复杂多变，具有长期性、多次活动特点，层间褶皱广泛发育，地层破碎严重（卢海峰和姬志杰，2011；雍章弟和张树文，2018；屈泽伟等，2019；肖志才等， 2023；吴小林等，2024）。
研究区位于川南山地南缘白坡山南延余脉，区内地势西北高、东南低，地形崎岖，山地呈南北走向，与金沙江支流谷地走向平行排列，山谷相间，山高谷深，盆地交错分布。地貌类型主要有侵蚀堆积地貌以及剥蚀构造地貌。其中侵蚀堆积地貌即河谷地貌，分布于金沙江河谷，为河流冲洪积形成的漫滩及阶地；剥蚀构造地貌主要分布于研究区北部，由于基底隆起，承受强烈风化剥蚀作用，山体呈块状，山脊狭长或浑圆，出现多级构造台面。区内以岩溶水与基岩裂隙水为主。由于节理裂隙发育，地形切割强烈，地下水系统的补给、径流、排泄条件良好，地下水主要沿岩层走向方向运移，其主流向通常与沟谷延伸方向近于正交。因此，地下水常在沟谷两侧汇集和排泄。此外当含水裂隙岩层受到切割时，在山坡的不同高度上通常皆有泉水出露，说明了裂隙之间连通性较差，上、下含水层之间水力联系较弱，并且在一定程度上反映了地下水就地补给、排泄的特征。
研究区及周边出露地层主要为上震旦统观音崖组和灯影组、中奥陶统巧家组和汤池组以及第四系全新统。上震旦统观音崖组（Z2g）中、上部岩性为紫红色、灰白色页岩与灰岩、白云岩互层，下部岩性为灰白色石英砂岩、长石石英砂岩及含砾长石砂岩；上震旦统灯影组（Z2d）岩性主要为灰白色厚层块状白云岩、白云质灰岩；中奥陶统巧家组（O2q）上部岩性为灰白色白云质灰岩与石英砂岩互层，下部岩性为灰白色白云质灰岩；下奥陶统汤池组（O1t）岩性为紫红色中厚层状石英砂岩、粉砂岩；第四系全新统（Qh）岩性为冲洪积砂土及砂砾卵石层。
图1四川省南部攀枝花地区构造地质图
2 大地电磁工作
研究区布设了 1 条音频大地电磁测深剖面 （AMT01）和 1条大地电磁测深剖面（MT02）。AMT01 剖面全长 1200 m，剖面走向 NNE，测点点距 50 m，重点区域点距加密至 25 m，完成 AMT 测深点 33 个； MT02剖面全长1200 m，剖面走向近EW，点距50 m，完成MT测深点25个，测点位置详见图2。AMT01剖面采集频率为 10400~1.02 Hz，探测深度一般为 1000 m 左右；MT02剖面采集频率为320~0.01 Hz，探测深度一般为2000 m左右。
2.1 数据预处理及分析
本文数据采集工作使用加拿大凤凰公司生产的 V8 多功能电法仪，同时采集电场（Ex、Ey）和磁场 （Hx、Hy）信号（即张量测量法）。电信号采集前，不极化极罐需掩埋入土中 20~30 cm，避开树根、碎石，并加入适量盐水，降低接触电阻。磁信号采集前，磁棒水平埋入地下不小于 30 cm，远离电磁干扰。 AMT01 剖面每个测点数据采集时间至少 40 min 以上；MT02 剖面每个测点数据采集时间至少 4 h 以上，由于测线临近金沙江且研究区东侧公路车流量较大，采集数据时避开了强干扰时间段，延长了观测时间保证数据质量。获取原始数据后依次使用 V8 TblEdit、SSMT2000、MT Editor软件对原始数据进行格式转化、频带拓宽、傅里叶变换、阻抗计算、功率谱挑选等多个流程，最终达到压制干扰、提高信噪比的目的，并输出用于反演的edi文件。
合理的反演参数才能获取可信度高的反演地电模型，因此反演前对地层维性和构造走向进行分析必不可少。一般地下地质结构均是三维地质体，但具有一定走向延伸的地质体也近似为二维结构 （杨明远等，2023）。Swift提出经典的阻抗张量旋转方法，可以利用阻抗张量旋转不变量定义二维偏离度来进行电性结构的维性分析（蔡军涛等，2010）。通常认为二维偏离度小于 0.3 时，地下介质可以近似为二维结构（朱怀亮等，2020）。本文采用Swift法进行维性分析，从图3可以看出，AMT01 剖面和 MT02 剖面大部分测点的二维偏离度都小于 0.3，说明研究区深部地质结构可近似为二维结构。
图2研究区地球物理测点分布位置图
1—全新统；2—奥陶系巧家组；3—奥陶系红石崖组；4—奥陶系汤池组；5—中元古界会理群；6—逆冲断层及编号；7—地下水流向；7—地热勘探井位置及编号；9—物探测点及编号
图3二维偏离度分析结果
a—AMT01剖面张量分解结果；b—MT02剖面张量分解
Groom and Bailey 阻抗张量分解（简称 G-B 分解）通过数学上迭代求解非线性方程，将区域阻抗和局部电场畸变效应从观测的阻抗张量中分解出来，从而可反映地下真实电性结构（李伟等，2013）。利用G-B法将2条剖面的区域构造阻抗与局部畸变效应从观测的阻抗张量中分离开，统计相应频段的电性主轴方向，从而得到反映区域构造的主轴方位角。据图4可以看出，2 条剖面的电性主轴方向为 NE45°或 SE135°。结合研究区地质构造资料，确定主构造走向为NE45°。
图4AMT01剖面（a）和MT02剖面（b）电性主轴分析结果
2.2 二维反演
反演方法总体分为线性反演和非线性反演两大类，前者主要基于线性方程组或线性算子，通过最小二乘等数学工具求解，后者则是针对复杂介质，通过构建误差泛函并采用非线性迭代算法实现参数优化（蔡军涛和陈小斌，2010；叶涛等，2013）。通过两条剖面二维偏离度分析结果，研究区地下结构可近似为二维结构，适合进行音频大地电磁和大地电磁二维反演。本文采用 Winglink 软件，反演算法是软件中带地形二维非线性共轭梯度算法 （NLCG法）。在大地电磁二维反演模型中，TM反演模式对浅层地质结构更敏感，反演结果容易拟合， TE模式则对深部地质结构反映更灵敏，但数据往往拟合较为困难（肖骑彬等，2007；覃田赐等，2020；赵文龙等，2025）。
本文2条剖面二维反演均采用TM模式，RMS反演拟合差分别为 1.2、2.1。两条剖面反演拟合差均较小，反映地电模型与实际地质构造相似度较高。同时通过对比二维反演前后的电阻率、相位断面图，可以判断反演结果的可靠性。据图5可知， MT02剖面二维反演后响应数据拟断面图和原始数据拟断面图相似度较高，虽相同位置电阻率数值存在差异，但整体趋势较为一致，反映本次大地电磁二维反演结果较为可靠。
3 地质解释
物探成果进行地质解译过程中，对频率域中各参数和数据进行定性分析，基于不同地电模型在不同参数上的响应规律，定性认识地下地质构造格局。通过反演，获取电阻率在空间分布情况，可进行定量地质解释。最终结合地质、水文、钻探工作资料，归纳总结不同地层岩性的不同电性特征，赋予电阻率空间分布的地质含义。
一般来说，未经历大的构造运动，地层电性结构相对稳定，电阻率等值线变化也相对平缓。当地层中发育有断裂时，断裂破碎带内往往含水量相对较高，与周围地层存在明显的电阻率差异，电阻率等值线形态发生一定变化，形成上下贯通延伸的低阻异常体。结合地表实际地质情况分析，可推断发育有构造破碎带。
3.1 AMT01剖面地质解释
研究区 AMT01 剖面探测深度为 1000 m 左右。从研究区实际地质成果可知，该剖面经过的地层由南向北依次是中奥陶统巧家组（O2q）和下奥陶统汤池组（O1t）（图6）。
从图6可知，AMT01剖面地下电性结构呈“纵向分层”特点，浅部 200~400 m 电阻率相对较高，电阻率值一般为430~4000 Ω·m。随着深度增加，电阻率值逐渐降低，在标高600~700 m之下，出现大套低阻体，电阻率值为 10~300 Ω·m。AMT01 剖面电性结构整体表现为层状结构。结合地质成果资料，该条剖面浅部 10~30 m 为第四系全新统覆盖层，下伏奥陶系汤池组石英砂岩、巧家组白云质灰岩。石英砂岩为致密坚硬岩，电阻率值高，为 300~2000 Ω·m。深部低阻体为奥陶系巧家组白云质灰岩，推测其内部岩溶裂隙、孔洞及节理较为发育，富水性较好，致使其电阻率值呈相对低值，为40~200 Ω·m。
AMT01 剖面长度 0~200 m，标高 800~1000 m 处，电阻率值变化明显，存在明显电性畸变带，推测该范围内存在一断层破碎带，这与图2中F1-1断层位置相吻合。该断层倾向北，浅部倾角约 67°，深部约 50°。AMT01剖面长度720~800 m，标高800~1200 m 处，电阻率值变化较为明显，存在明显电性畸变带，推测该范围内存在断层破碎带，该断裂倾向北，浅部倾角 70°左右，深部倾角变缓，倾角 55°左右，推测该断层为F1，即流窝子断层。
图5MT02剖面二维反演拟合结果
a—实测视电阻率拟断面图；b—反演电阻率断面图；c—实测相位拟断面图；d—响应阻抗相位断面图
图6AMT01剖面二维反演电性结构模型（a）和地质解释成果图（b）
1—全新统；2—中奥陶统巧家组；3—中奥陶统红石崖组；4—下奥陶统汤池组；5—物探推测断层及编号；6—地层分界界线；7—电阻率等值线（Ω·m）
3.2 MT02剖面地质解释
MT02 剖面全长 1200 m，东西向，探测深度为 2000 m左右。从研究区地质资料可知，该剖面经过的浅部地层由西向东均为下奥陶统（O1t）汤池组。
根据图7所示，MT02剖面地下电性结构同样呈现“纵向分层”的特点，地表0~30 m地层为第四系覆盖层，电阻率值为50~200 Ω·m；随着深度的增加，电阻率值逐渐增大，在高程600~1300 m地层呈现中间薄、两边厚的特征，电阻率值为225~1500 Ω·m，推测该套地层可能为下奥陶统汤池组；高程600 m以下电阻率值呈明显低阻特征，电阻率值为 40~100 Ω·m，推测为中奥陶统巧家组白云质灰岩或白云岩，岩体较为破碎，节理裂隙较多，富含岩溶裂隙水，致使电阻率值偏低。
图7MT02剖面二维反演电性结构模型（a）和地质解释成果图（b）
1—全新统；2—中奥陶统巧家组；3—中奥陶统红石崖组；4—下奥陶统汤池组；5—物探推测断层及编号；6—地层分界界线；7—电阻率组等值线（Ω·m）；8—地热勘探井
4 钻孔验证
结合区域地质及本文音频大地电磁测深、大地电磁测深成果，在此基础上圈定了地热异常有利靶区，开展了地热钻探验证工作，同时对物探成果资料进行验证，重点查证 F1断裂带内地热水赋存情况及埋深位置。据此，本文地热勘探井孔位（ZK01）布设在MT02剖面里程940 m处，设计井深800 m，实际完钻井深为 810 m。揭露地层从上至下依次为下奥陶统汤池组（O1t）、中奥陶统红石崖组（O2h）、辉绿岩脉及中奥陶统巧家组（O2q）（表1）。
表1ZK01地热井钻遇地层特征
ZK01地热勘探井钻进至 381~386 m时，孔内出现坍塌，钻井液全部漏失，推测该地段为流窝子断层（F1）破碎带。钻进至 682 m 时进入富水区，一直延伸至井底 810 m。完孔后对奥陶系巧家组（O2q） 含水层进行抽水试验和水质检测。抽水试验结果表明，该井510~810 m井段，地层富水性较好。在大降深 62.3 m 时，水量可达 496.9 m3 /d，井口出水温度为 30.3℃，单位涌水量为 7.97m3 /d·m，渗透系数为 0.0717 m/d，影响半径为 166.8 m。水质检测结果表明，该地热水水质类型为 SO4-Ca·Mg 型水，pH 值为 8.04，呈弱碱性。地热水中锶浓度达到11.4 mg/L，溶解性总固体为 3295 mg/L，氟离子浓度为 1.36 mg/L，偏硼酸浓度为 2.23 mg/L。根据理疗矿泉水水质标准，地热水中锶和溶解性总固体均达到命名浓度，氟达到有医疗价值浓度。因此，该地热流体可命名为含氟锶理疗矿水，具有一定的理疗价值，可进一步推动攀枝花旅游产业发展，进而为打造温泉度假、乡村田园旅游等业态提供重要支撑，具有一定的社会价值。
5 地热概念模型分析
5.1 控热、导热构造
川南地区地热资源分布主要受深大断裂影响，地热资源类型属于带状热储。地表温泉出露点主要沿昔格达断裂带两侧呈带状展布，温泉出露点多沿破碎带、断裂或侵入体接触带有规律分布，具有裂隙型热储特征（李金玺等，2023；李静超等，2024）。
根据本文地质调查可知，研究区地质构造处于著名的康滇地轴构造区域，为川滇南北向构造带中部与青藏“歹字型构造体系复合部位”。该区域自古生代以来一直处于隆起状态，以南北向构造为主，前震旦系结晶基底广为裸露，构造形变强烈，断裂发育。昔格达断层属于区域性深部断层的一部分。出露泉水点均分布在昔格达断裂的西侧，且流窝子断裂和具长期活动的区域性深大断裂（昔格达断裂）存在着一定的联系。流窝子断裂导致北侧下奥陶统汤池组石英砂岩、粉砂岩、泥灰岩与南侧的奥陶系巧家组白云质灰岩直接接触，在新构造活动的不断作用下破坏了该断层带内被挤压形成的充填物的结构，断距增大。使该断层的导水性和富水性得以增强，为地下水的循环提供了充足的空间和良好的运移通道。研究表明，金沙江大裂谷位于印度板块与欧亚板块碰撞东缘，受青藏高原物质东向挤出影响，地壳变形强烈，该区域中下地壳存在显著低速异常以及新生代钾质-超钾质岩浆岩广泛分布，推测在金沙江大裂谷可能存在软流圈物质上涌和幔源岩浆脱气现象（赵甫峰，2012；全海辉等， 2024；卢玲敏等，2025）。岩浆熔体沿着区域活动断裂向上侵入上地壳，触发了强烈的热液活动。因此，这些岩浆熔体就是研究区下方的主要热源。
图8研究区地热水形成概念模型图
1—奥陶系石英砂岩、粉砂岩；2—中元古界会理群泥质灰岩；3—奥陶系巧家组白云岩；4—辉绿岩脉；5—大气降水补给；6—地热水径流方向； 7—断裂带
5.2 盖层及热储层
盖层主要为下奥陶统汤池组（O1t）和中奥陶统红石崖组（O2h），岩性主要为厚层石英砂岩、粉砂岩，岩性较为致密，具有一定的隔热保温作用，在一定程度上隔绝了上部冷水与深部地热水之间的水力联系。本文 ZK01 地热勘探井在孔深 632~682 m 井段钻遇了 50 m 的辉绿岩脉，辉绿岩脉岩性极为致密，进一步隔绝了上部冷水与下部地热水之间的水力联系。
ZK01 地热勘探井钻遇的热储层主要为中奥陶统巧家组（O2q），钻遇井段为 682~810 m，厚 128 m，岩性主要为白云岩、白云质灰岩，岩溶裂隙较为发育，富水性较好。
5.3 补给、径流条件
研究区位于老炭山—流窝子水文地质单元，处于该单元的径流区，大气降水通过地表孔隙裂隙向下渗透到断裂带，再通过断裂地下径流通道补给到中奥陶统巧家组（O2q）白云岩、白云质灰岩中。大气降水通过层间裂隙入渗形成主要补给水源，这些地表水通过昔格达等深大断裂带下渗至地壳深部。在温度差、水压力差以及构造应力共同驱动下，热液沿断裂系统向上运移，在此过程中与围岩发生强烈的水-岩相互作用。最终，热液在遇到不透水断层阻挡后发生侧向运移，并在地形低洼处以温泉形式出露地表或通过人工成功勘探出中低温地热水 （图8）。
6 结论
（1）AMT 法和 MT 法对于查明带状热储分布具有较好的勘察效果，特别是对地下低阻体反映明显，具有一定的可靠性和准确性。
（2）ZK01地热勘探井揭露地层从上至下依次为下奥陶统汤池组、中奥陶统红石崖组、辉绿岩脉及中奥陶统巧家组。通过钻孔揭露及地质资料可知：盖层为奥陶系汤池组（O1t）、红石崖组（O2h）石英砂岩、粉砂岩及灰绿岩脉（βμ）。热储层为中奥陶统巧家组（O2q）白云岩、白云质灰岩，岩溶裂隙较为发育，富水性较好。
（3）研究区内大气降水是地热资源的主要补给源，通过层间裂隙和断裂地下径流进入热储层，并在深部的热液活动中，发生水-岩相互作用，进行热交换。最终通过运移通道，在地形低洼处以温泉形式出露地表。
（4）ZK01地热勘探井孔深810 m，出水量最大可达 496.9 m3 /d，井口出水温度为 30.2℃，在地热勘查空白区成功勘探出地热水，达到了预期勘查目标。
（5）研究区地热勘探井地热流体可命名为含氟锶理疗矿水，具有一定的理疗价值，可推动攀枝花旅游产业发展，进而为打造温泉度假、乡村田园旅游等业态提供重要支撑，具有一定的社会价值。
致谢 衷心感谢四川省冶金地质勘查院物探分院的同事协助完成野外数据采集工作；同时，诚挚感谢新疆兵能矿业发展有限公司及四川省第四地质大队的专家与领导为本研究区内地热资源的综合解译与后续研究提供了宝贵的技术支撑。