2. 河北地质大学资源学院, 石家庄 050031
2. College of Resources, Hebei GEO University, Shijiazhuang 050031, China
0 引言
干热岩是埋深数千米、温度一般大于200 ℃、内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体[1]。干热岩是地热类型的一种。甘浩男等[2]根据地壳结构和成因机制将中国干热岩资源分为高放射性产热型、近代火山型、沉积盆地型及强烈构造活动带型。寻找高放射性产热型干热岩资源需获取大面积、高放射性生热率的花岗岩类作为赋存体，为干热岩资源提供较高的地壳热流。蔺文静等[3]认为干热岩地热资源的基底岩石类型以壳源型高产热花岗岩为主，岩体规模≥100 km2，干热岩赋存的地热地质学指标包括合适的干热岩体(基底)、低导热率盖层、合适的应力条件、高地热异常、地体稳定区域、地震不活动区域。陆川等[4]认为目前干热岩资源靶区确定最重要、最基本的数据是大地热流值，而大地热流图又不够详尽，尤其缺少地温随深度变化的数据，尽管石油天然气勘探工作会有此类数据，但多数属于行业内部资料，难以取得；同时地球物理方法应综合运用多种方法联合反演，这方面的具体技术不够完善，有待发展。其还认为沉积覆盖放射性较强的酸性花岗岩区是目前资源勘查的重点区域。法国Soultz地区及澳大利亚Cooper盆地等高放射性花岗岩地区发现干热岩资源[5-7]，说明高放射性花岗岩干热岩确实存在。
宏观遥感数据对于解译大面积隐伏岩体和地表出露花岗岩体具有得天独厚的优势。环形构造多是地球内部活动形迹在地壳中的总体表现，如隐伏岩体、火山机构等[8-9]。田淑芳等[9]总结了不同就位深度隐伏岩体环形构造的遥感解译标志特征。郗国庆[10]在尉犁地区通过遥感影像解译，结合物探及地质资料寻找隐伏含矿岩体效果显著，弥补了常规地质方法的不足。王学佑[11]提出“热源构造”的含义，认为热源构造中最常见、最重要的是热源环形构造或环形体及它们的多种组合型式，热源环形构造系统中心部位常是地球物理、地球化学、火山、地热、温泉、地震的策动区和集中分布区。王学佑等[12]认为在太行山中段，热源环形构造主要以多期次岩浆-火山作用环(或环状影像)为主，次为混合岩化作用所形成的环形构造(或环形影像)，前者以主热作用体为中心，常形成规模较大的环形构造群，直径在50~80 km之间；如涞源—神仙山、五台山等环群，其周围往往发育多个小型环形构造，直径一般 < 20 km，主要有涞源、太白山、神仙山、赤瓦屋、麻棚等20个环形构造体。热源“环式构造结”为金(银)主要成矿构造区。王瑞雪等[13]在云南澜沧老长铅锌矿影像线-环构造矿床定位模式研究中发现, 老长矿区与西盟矿区受同一木戛环形构造控制，老长地区没有中酸性岩体出露，钻孔资料证实存在燕山—喜马拉雅期中酸性岩体，确认隐伏岩体的存在。杨波等[14]基于TM(thematic mapper)遥感数据的热红外波段，Qin等[15]应用ETM+(enhanced thematic mapper plus)热红外数据反演地表温度，熊永柱等[16]按高程数据基于统计方法结合遥感地质构造和蚀变信息，均在云南腾冲火山地热不同区域圈定了温度异常区；许军强等[17]基于ASTER(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer)反演地表温度数据并结合地质构造及深源气体释放特征分析地热分布，闫佰忠等[18]在综合分析了研究区地表温度场、温泉和地热井分布特征、布格重力场及磁场4个因子的基础上，采用判别分析方法，均在长白山玄武岩区圈定了温度异常区；Littlefield等[19]基于AVIRIS(airborne visible/ infrared imaging spectrometer)、HyMap和ProSpecTIR 3种高光谱航空遥感数据在美国内华达北鱼湖谷地区圈定了温度异常区。而这些研究区均位于大面积近代火山岩区，可为本区的研究提供一定的参考。王海平等[20]在腾冲地热区研究发现，现代水热流体形成一系列的水热蚀变矿物以及各类型矿物的蚀变演化序列；朱梅湘等[21]对西藏羊八井地热田的水热蚀变划分出6个蚀变矿物共生组合及蚀变分带；郭婷婷[22]发现水热蚀变带地理空间分布与地热活动之间表现出十分密切的相关关系；张福坤[23]综合前人的研究总结出地热主要的蚀变矿物可以采用主成分方法和比值方法进行提取。针对寻找隐伏岩体、温度异常区和水热蚀变区，遥感的相关研究均已开展并得到验证，所以通过遥感技术寻找干热岩资源具有其特有的优势。
河北省雾霾严重，急需清洁能源替代煤等化石燃料带来的污染，干热岩无疑是一种理想的资源。本文针对干热岩资源勘查中靶区较难确定的问题，在河北省涞源县独山城地区，采用遥感、航磁、水文、钻探等技术获取多元信息数据，预测干热岩资源类型及规模(干热岩靶区)，为进一步物探和钻探勘查工作缩小范围提供数据支撑。
1 研究区地质背景研究区位于河北省涞源县独山城村附近、涞源县城西南13 km处，经度114°20′47″E—114°39′46″E，纬度39°5′47″N—39°19′10″N，面积约750 km2。大地构造位置属华北陆块(Ⅰ级)晋冀古地块(Ⅱ级)迁西—阜平岩浆弧(Ⅲ级)阜平—赞皇岩浆岩带(Ⅳ级)阜平隆起(Ⅴ级)构造单元。研究区位于北北东向上黄旗—乌龙沟岩浆构造带中南段，断裂发育，岩浆活动强烈，侵入岩由从北而南依次为王安镇、司各庄、南城子岩体，西南侧有赤瓦屋和麻棚岩体[24]，时代为中生代侏罗纪—白垩纪，反映断裂的多期次活动性质，沿构造带岩体部分或全部出露地表。在中生代强烈的构造、岩浆活动背景下，隐伏岩体存在的可能性较大，本文重点研究可能存在热能资源的隐伏岩体。
2 干热岩多元信息勘查思路及数据选择蔺文静等[3]初步建立起一套适合干热岩地热资源开发的地热地质学标准：基底岩石类型以壳源型高产热花岗岩为主，岩体规模≥100 km2；岩体构造应力状态为高构造应力，挤压构造背景下的应力场格局通常是一种比较理想的条件；岩体形成时代以显生宙为主；干热岩体地温梯度一般大于3 ℃/hm；盖层通常主要是沉积岩(沉积物)或火山岩，有时候也可以是合适厚度的风化壳层。依据遥感的环形构造可以从宏观上推测隐伏岩体，即基底岩石；出露岩体和岩脉为隐伏岩体的存在提供证据；地层提供盖层信息；线性构造的解译提供研究区的构造应力状况；热异常、蚀变异常是地下热源存在的遥感证据；温泉、地热田是地下热源存在的直接证据；负磁异常进一步佐证地下热源和岩体的存在。具体勘查思路详见图 1。鉴于干热岩岩体规模一般较大才有意义，所以干热岩遥感勘查选择中分辨率遥感数据即可，如果在岩体证据寻找过程中需要更详细的岩体信息，可以考虑高分辨率数据。
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| 图 1 多元信息干热岩勘查技术思路图 Fig. 1 Technical thinking map of multi information dry hot rock exploration |
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本次工作以ETM+和TM数据为主，图幅编号124/33，根据需要选择不同时相遥感数据。将2000年5月7日ETM+遥感数据用于遥感地质信息提取和水热蚀变异常提取，2009年8月12日TM遥感数据中的TIR(热红外)数据用于地表温度反演。数据无云，质量好，满足数据提取要求。
3 遥感信息提取 3.1 遥感地质信息提取 3.1.1 地层研究区出露中—新太古代(Ar2-3)，古元古代(Pt1)，中—新元古代(Pt2-3)和第四纪(Q)地层(图 2)。中—新太古代地层主要为前寒武纪变质岩，发育阜平群和五台群花岗质片麻岩、斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩，主要分布在研究区中部和东部地带，面积最大，在ETM+741合成影像上呈浅紫灰、砖红色，坡谷细碎，尖棱状山脊，水系明显，多为树枝状、丰状水系，植被不发育。古元古代岩性为变质花岗岩，ETM+741合成影像呈绿色，正地形、植被较为发育，主要分布在研究区的西部。中—新元古代地层主要为长城纪—蓟县纪沉积岩，出露长城纪高于庄组白云岩、蓟县纪雾迷山组白云岩，ETM+741合成影像呈深灰绿色，格状水系，植被发育，陡崖地貌，主要分布在研究区外围四周，东北部有大面积出露，该地层不整合于前寒武纪变质岩之上，界限清晰。第四纪地层主要为全新世冲洪积物，分布在河(沟)谷地带，谷底较平坦，或宽、或窄，由河床和河漫滩组成，ETM+741影像上，河谷中间常有深灰—暗黑色曲线形成的河床，堆积物一般为沙、沙砾石组成，颗粒较粗；河漫滩呈格状浅砖红色夹杂绿(耕地)、褐灰色(村庄)图斑(图 2)。
研究区侵入岩发育独山城岩体、石窝岩体、榆树林岩体(图 2)。独山城岩体地表有少量出露，形态不规则，影像呈浅紫灰色，影纹较平滑，水系不明显，植被不发育，位于环形构造H1的中心、H3西南部边缘、H2心形的心尖处，推测深部存在隐伏岩体。图 3为独山城出露次花岗斑岩野外照片。表 1是独山城岩体内ZK306钻孔岩心(以下简称岩心)部分岩石信息，岩心在580.95 m以浅处具有次花岗斑岩和闪长岩交错出现的特性，次花岗斑岩特征与地表野外类似，不再赘述。闪长岩见表 1描述。在岩心31.90~ 38.71 m处取标本，由国土资源部保定矿产资源监督检测中心(河北省地质实验测试中心)进行岩矿鉴定，鉴定薄片见图 4，岩石肉红色，具多斑结构，块状构造。斑晶钾长石体积分数为24%、斜长石20%、石英10%、黑云母1%；基质钾长石体积分数为16%、斜长石10%、石英15%、黑云母2%，不透明矿物1%；副矿物为磷灰石和锆石；次生矿物有黏土矿物、绢云母、白云母、碳酸盐矿物、不透明矿物。鉴定名称为次花岗斑岩。通过对独山城岩体进行野外考察、岩心分析、岩矿鉴定，确定独山城岩体存在次花岗斑岩和闪长岩两种侵入岩，两期侵入，目前没有这两种岩体的测年数据。
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| 图 3 独山城岩体次花岗斑岩野外照片 Fig. 3 Field photos of secondary granite porphyry in Dushancheng |
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| 深度/m | 岩性 | 描述 |
| 0~4.30 | 沙土卵石 | 沙土卵石沉积物 |
| 4.30~31.90 | 闪长岩 | 灰黑色，中细粒结构，块状构造。主要矿物为斜长石、角闪石，含少量辉石，石英；副矿物为磁铁矿、榍石 |
| 31.90~38.71 | 次花岗斑岩 | 浅肉红色，斑状结构，块状构造。主要矿物为肉红色钾长石、乳白色石英，含少量辉石、黑云母等 |
| 38.71~73.25 | 闪长岩 | 同上闪长岩 |
| 73.25~79.05 | 次花岗斑岩 | 同上次花岗斑岩 |
| 79.05~79.85 | 闪长岩 | 同上闪长岩 |
| 79.85~580.95 | 次花岗斑岩 | 同上次花岗斑岩 |
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| 图 4 次花岗斑岩薄片(ZK306) Fig. 4 Sub granite-porphyry thin section(ZK306) |
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石窝岩体影像呈浅粉灰，色调偏灰，纹理较清晰，植被较为发育，岩体出露少，岩体在H1外，主体在研究区外，位于王安镇岩体南侧司格庄岩体的西部。石窝岩体为闪长岩，Rb-Sr全岩等时线年龄值为144 Ma[25]。榆树林岩体影像呈紫灰色，纹理清晰，植被稀少，位于研究区H1环形构造外围东南部。榆树林单元为石英闪长岩，Rb-Sr全岩等时线年龄值在145 Ma[25]。石窝和榆树林岩体属晚侏罗世岩浆活动的产物。独山城岩体与石窝、榆树林岩体处于同一地质背景下，在没有精确测年数据的情况下，暂推测为晚侏罗世岩体。
3.1.3 环形构造将研究区环形构造命名为独山城环形构造H1，环内包括H2、H3、H4 3个环状构造，规模H1＞H2＞H4＞H3。H1直径约23.4 km，近椭圆形，长轴北东方向，面积约460 km2，环状影像清晰，东南、西、北有断层存在；H2具有心形形态，面积约74 km2，环形构造由山脊构成，中间被F3错断；H4椭圆形，影像清晰，面积约56 km2，环形构造由山脊和沟谷构成，中间被F3穿切；H3西侧为环状水系，环形影像清晰，东侧环缘与H2重合，中间被F5穿切，形成北东向“φ”形特征，近圆形，直径约5 km，面积约20 km2。独山城环形构造为复合型嵌套式环形构造，H1包含H2、H4，H2包含H3，环形构造内出露中生代独山城岩体。根据嵌套式环形构造特点及出露的中生代独山城岩体(图 2)，推测独山城环形构造可能存在3期岩浆活动，侵位顺序从老至新依次为H1、H2(H4)、H3。H4与H2同时被F3切断，推测二者可能为同期岩浆活动。独山城岩体存在次花岗斑岩和闪长岩两种侵入岩，两期侵入，极有可能分别是H1和H2期次侵入的岩浆。通过与2004年河北省遥感中心完成的河北省龙关—涞源地区隐伏—半隐伏岩体遥感综合调查报告[26]对比发现，H3与杨家川环形构造完全重合(中心坐标114°30′36″E、39°15′36″N)，实地见闪长玢岩体、岩脉和细粒石英正长岩(图 5)小岩体分布，说明在H3内至少存在一期岩浆侵入。根据王学佑等[12]的观点，以及独山城环形构造及出露岩体特征，推测独山城环形构造属于涞源热源环形构造群。
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| 图 5 细粒石英正长岩(内含片麻岩捕虏体) Fig. 5 Fine quartz syenite(Gneisses xenoliths) |
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研究区断裂发育，主要构造方向为北西、北东方向。本文只讨论与本次研究相关的线性构造信息，共包括F1—F6六条线性构造。F5为已知正断层，F1、F2、F3、F4、F6为遥感影像解译线性构造，为推测断层。F3走向北西，影像特征整体呈线状。河流在线状影像内曲流，呈锯齿状，线性影像两侧遍布陡坎和断层崖，此为张性构造特征[9]。F3整个切穿3个环形构造，H2明显被F3水平错动，形成右旋构造，因此综合推测F3为右旋张扭性断层。F5走向北东，切穿H2的右“心”；F1走向北西西，切穿H2的左“心”；影像支沟相互平行，与主流呈近直角相交，形成丰字形水系，多半是沿断裂发育而成[9]。F3切穿F2，北西向构造较北东向新。北东向F4、F6呈现舒缓波状形状，延伸远，总体走向稳定，推测其是压性断裂。研究区岩浆上涌，撑开形成北东向压性弧形边界、北西向张性构造，整体挤压应力场格局(图 2)。
3.2 水热蚀变异常提取水热蚀变是流体主导的非等化学水岩反应，主要是地下的热水或热汽沿构造通道上升，在此过程中与周围岩石中的矿物或者元素产生化学反应，从而使得热水(汽)和围岩的化学成分均发生一定程度变化的现象[27]。水热蚀变的产物主要有以下几类：水合二氧化硅、高岭石、明矾石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、玉髓、石英、绢云母等，这些都是含OH-基团和含水的矿物[20-23]，与遥感中提取的羟基和碳酸盐矿物基本一致，所以选择主成分分析方法[28]提取蚀变矿物。采用2000年5月7日ETM+遥感数据1、4、5、7组合波段进行主成分分析，特征向量PC4中波段5和波段7的特征值分别为0.555 9和-0.601 0(表 2)，数值高、符号相反，满足正态分布，符合羟基和碳酸盐的波谱特征，因而利用PC4提取水热蚀变遥感异常。采用“均值+n倍标准差”的计算方法，均值为0，标准差为2.63，n取1.5、2.0、2.5，分割值分为三级：一级异常4~5，二级异常5~6，三级异常6~7，异常提取结果见图 6。
| 特征向量 | 波段1 | 波段4 | 波段5 | 波段7 |
| PC1 | 0.222 6 | 0.194 7 | 0.660 4 | 0.690 3 |
| PC2 | 0.139 2 | -0.889 5 | -0.192 7 | 0.390 4 |
| PC3 | 0.834 5 | 0.275 5 | -0.466 7 | 0.099 7 |
| PC4 | 0.484 5 | -0.308 4 | 0.555 9 | -0.601 0 |
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| 图 6 研究区水热蚀变异常 Fig. 6 Hydrothermal alteration anomalies in the study area |
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蚀变异常在独山城环形构造的多个部位分布，且主要分布在研究区的沟谷第四纪地层内，从水热蚀变矿物角度佐证了地下热源的存在。b、e同在F3上，b处异常与独山城温泉吻合，e处异常与南城子温泉吻合；a处异常位于F1与F3的交汇处，c处异常位于F3与F2的交汇处，a、c处发现温泉的可能性极大；d处为何物需要进一步查证。
3.3 热异常提取本次工作利用2009年8月12日获取的TM数据中热红外波段(TIR)数据进行地表温度反演。由于工作区地表植被覆盖度较高，采用单波段算法中的辐射传输方程法[29]进行地表温度反演。反演结果见图 7。
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| 图 7 研究区热异常图像 Fig. 7 Thermal anomaly image in the study area |
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39 ℃以上温度异常区集中分布在F3断裂和H1环形构造的北部和南部，已发现的3个温泉与该异常区吻合，为未来重点勘查区域，找到温泉等地热异常的可能性极大；35~39 ℃主要沿北西和北东向断裂分部，在39 ℃以上温度异常区的外围；30~35 ℃区域主要位于太古宙变质岩区；小于30 ℃区域主要位于中、新元古代碳酸盐岩和古元古代变质花岗岩区，呈北西向展布，植被覆盖较好。
4 温泉、地热田及物探异常分析 4.1 温泉独山城温泉位于涞源县独山城西北唐河西岸独山城岩体东侧边缘，H1中心部位、H2的“心”尖处、H3的西南边缘，独山城岩体上，北西向F3和北东向F5断裂交汇处，目前发现两口温泉，水温分别为46和38 ℃；南城子温泉位于南城子的北部F3和F6断裂交汇处，水温38.3 ℃(图 2b)。中国各省都发现有岀露于地表的中、低温地热温泉，这些温泉沿断裂带呈带状分布，受深大断裂控制，依据断裂带规模和岩层破碎程度，一般在地表温泉的深部形成大小不等的热储构造[30]。地壳隆起区不同地质时期形成的断裂带多数可成为地下水(热水)运动和上升的良好通道[31]。许军强[32]认为深大断裂网作为沟通上地幔热源与长白山热储联系的通道，为深部地幔热源向上传输热能提供了可能性。张福坤等[29]研究发现长白山地区主要断裂带与地表温度场在某些时相相关性显著，区域特征稳定，等分带内距断裂带越远，地表温度越低。断裂是良好的热量传输通道，研究区温泉位于断裂交汇处，与前人研究结论一致，佐证地下热源的存在，同时温泉又位于独山城环形构造内部独山城岩体上，前文论述独山城环形构造至少存在两期岩浆侵入，所以热量极有可能来自地下隐伏岩体。
魏永华[33]在福建漳州中温热田进行了水氦研究，将3倍空气氦体积分数作为划分热水异常的标准。方熠等[34]对北京、天津、福建、江苏、广东、湖北等地一些较典型的中低温热田进行了土壤氦气取样分析，认为氦异常幅度反映了地下热水活动的强烈程度。
研究人员在独山城46 ℃温泉处采集气体样品，由国家地质测试中心进行测试，氦气体积分数为5 355 uL/L，空气氦体积分数小于50 uL/L，氦实测/氦空气=107.1，氦气体积分数是空气氦体积分数的107.1倍，远远超出3倍空气氦体积分数热水异常标准[33]，存在热水异常。氦气可溶于水，在温度小于30 ℃时，氦气的溶解度随温度增高而降低，当温度大于30 ℃时，氦气的溶解度随温度的增高而增大[33]，因此推测地下热水温度较高。鉴于现有研究程度，赵平等[35]对西藏地热气体研究后并没有发现氦气和温度之间存在数学关系，因此不能直接估算温度值。
氦气是一种深成气体，同位素成分以4He为主。4He由放射性元素铀(U)、钍(Th)衰变释放的α粒子与周围介质中两个电子结合而成[34]。实测获得氦体积分数异常高，氦气的来源可能是隐伏岩体的放射性物质衰变产生。
4.2 地热田独山城地热田于2012年在某金属矿勘查施工中钻探发现，位于独山城岩体上，面积约0.2 km2，共有22个钻孔，其中9个钻孔见热水，混合热水温度为35~54 ℃，涌水及热水埋深为339~562 m(钻孔深度)，热水具承压性。热水孔情况见表 3。未见热水的钻孔没有进行测温。蔺文静等[36]用各地年平均气温近似代替地表温度，涞源暑期平均气温仅21.7 ℃。假设以30 ℃作为地表温度，计算地温梯度(dT/dz)，均值为3.87 ℃/hm，符合蔺文静等提出的干热岩体深部的地温梯度一般大于3 ℃/hm的地热地质学标准。
| 钻孔号 | 水温/℃ | 热水埋深/m | 推测地温梯度/(℃/hm) |
| ZK001 | 45 | 370 | 4.05 |
| ZK404 | 35 | 377 | 1.33 |
| ZK405 | 39 | 409 | 2.20 |
| ZK006 | 47 | 375 | 4.53 |
| ZK101 | 46 | 377 | 4.24 |
| ZK305 | 50 | 339 | 5.90 |
| ZK306 | 54 | 350 | 6.86 |
| ZK307 | 49 | 427 | 4.45 |
| ZK703 | 37 | 562 | 1.25 |
研究区磁异常强度变化较小，数值变化范围为-0.5~10.0。于克君等[37]认为多数热田的磁异常强度都较小，且相对变化微弱。
研究区的航磁负异常位于研究区中部F3断裂两侧，与遥感解译的H2、H3、H4环形构造吻合，在H3环形构造航磁负异常发现独山城温泉，在H4环形构造航磁负异常发现南城子温泉。陈雄[38]、姜梓萌[39]认为热储岩石中铁磁性矿物可能会被水热蚀变后失去磁性，在磁法测量数据中表现为负的磁异常，居里面隆起的区域，地面上会测得负的磁异常，反映出该地具有较高的大地热流密度。基于此，推测研究区浅部岩体发生水热蚀变，深部存在更大的热源即干热岩。
河北省龙关—涞源地区隐伏—半隐伏岩体遥感综合调查报告[26]中解译166个C级环形构造，分布在重力负场圈闭带内的有134个，分布在重力正场圈闭带内的仅32个；这表明C级环形构造在成因上与重力负场圈闭带密切相关。区内侵入岩以中生代中酸性岩为主，有较低的密度(花岗岩、正长岩、闪长岩密度平均值分别为2.564×103、2.579×103、2.642× 103 kg/m3)，围岩多为太古宇、元古宇和古生界的中—高密度的岩石(白云岩、片麻岩密度平均值为2.752×103、2.671×103 kg/m3)，二者之间存在一定的密度差。因此，一般分布在中—高密度岩石区的重力负场圈闭带多由中生代隐伏中酸性岩体引起。独山城环形构造位于重力负场圈闭带的密度界面之上(鉴于保密性未附图)，从重力负场的角度进一步佐证了隐伏岩体的存在。
5 独山城多元信息干热岩预测模型甘浩男等[2]、蔺文静等[3]、陆川等[4]均认为高放射性花岗岩区是干热岩勘查的重点区域，法国Soultz地区、澳大利亚Cooper盆地、中国青海共和盆地已经在高放射性花岗岩地区发现干热岩资源[5-7]，进一步说明勘查方向是可行的。蔺文静等[3]初步建立的干热岩地热资源开发地热地质学标准是本文干热岩勘查模型研究的重要参考标准。本文从区域地质背景、遥感环形构造、航磁异常区、出露岩体推测隐伏花岗岩体的存在及侵入期次；从水热蚀变、遥感热异常、温泉、地热田、氦气体积分数、航磁负异常推测地下热源的存在；从区域地质背景、遥感线性构造分析研究区的应力构造特征；从遥感地层解译分析盖层；通过氦气推测放射性；通过地热田钻孔温度计算地温梯度。独山城地区干热岩勘查技术共涉及遥感、物探、水文、钻探4个方面、12种勘查数据，在分析每一种勘查数据特征的基础上，分析其对干热岩勘查的意义，研究总结多元信息干热岩预测模型，详见表 4。作者认为独山城地区干热岩勘查不适合量化模型，如权重模型、层次分析模型、Logistic模型等。这些量化模型的运算结果得到的是一个小区域，而这个小区域最有可能的是温泉或者地热田的位置，干热岩一定要具有规模才有意义，遥感的环形构造、线性构造已经对干热岩的边缘进行了圈定，如果集中到小区域，获得的是点信息，而不是干热岩的面信息，与本文的干热岩勘查预测的主题不符；故本文没有采用定量化模型的方式进行建模，而是采用严格的数据支撑加定性分析的方式综合推测独山城干热岩的存在。本次研究区内浅钻孔地热田已经验证预测的正确性，需要深钻孔进一步验证。
| 研究内容 | 多元信息数据特征 | 数据特征意义 |
| 区域地质背景 | 上黄旗－乌龙沟断裂岩浆活动带中南段。侵入岩由从北而南依次为王安镇、司各庄、南城子岩体，西南侧有赤瓦屋和麻棚岩体出露，侵入时代为中生代侏罗纪—白垩纪 | 隐伏岩体位于岩浆活动带上，出露岩体推测岩浆活动时间为侏罗纪—白垩纪 |
| 环形构造 | 独山城环形构造H1，面积460 km2，包括H2、H3、H4 3个环状构造，规模H1＞H2＞H4＞H3，侵位顺序从老至新依次为H1、H2(H4)、H3，全部被F1—F6断层切割 | 推测研究区隐伏岩体最大规模460 km2，推测存在3期侵入 |
| 线性构造 | 研究区共包括与干热岩相关的线性构造6条：F1—F6。F5正断层走向北东，F3右旋张扭性断层走向北西。F1、F2丰字形水系断裂走向北西西，F3切穿F2，北西向构造较北东向新。北东向F4、F6呈舒缓波状，延伸远，总体走向稳定，推测为压性断裂，控制整个隐伏岩体，为隐伏岩体边界 | 主要构造方向为北西、北东方向。北东向压性断裂控制隐伏岩体，形成整体挤压应力场格局。结合遥感热异常、蚀变异常、温泉、地热田的位置推测北西向张性断裂为热量上涌的通道 |
| 地层解译 | 中—新太古代(Ar2-3)和古元古代(Pt1)变质岩，中—新元古代(Pt2-3)沉积岩 | 盖层为沉积岩和变质岩 |
| 出露岩体 | 侏罗纪独山城岩体地表有少量出露，形态不规则，影像呈浅紫灰色，影纹较平滑，水系不明显，植被不发育，位于环形构造H1的中心、H3西南部边缘、H2“心”形的心尖处 | 隐伏岩体存在的地表岩体证据 |
| 热异常 | 39 ℃以上温度异常区集中分布在F3断裂和H1环形构造的北部和南部 | 佐证地下热源，为进一步勘查指明方向 |
| 水热蚀变异常 | 主要分布在H1环形构造西北和东南部、北西和北东向断裂的交汇处。异常与已知温泉完全吻合 | 佐证地下热源，为进一步勘查温泉地热资源指明方向 |
| 温泉 | 独山城和南城子温泉，前者位于北西向F3和北东向F5断裂交汇处，后者位于F3和F6断裂交汇处 | 地表佐证地下热源，推测北西向和北东向断裂交汇处是热量的集中释放区，温泉的勘查重点 |
| 氦气 | 氦气是一种深成气体，由放射性元素衰变而成，氦实测/氦空气=107.1，远远超出3倍空气氦体积分数热水异常标准 | 推测地下热水温度非常高，具有很好的开发价值。推测研究区地下具有高放射性岩体，不断衰变产生热能和氦气 |
| 航磁异常 | 环状航磁负异常，与遥感环状影像吻合 | 佐证遥感解译隐伏岩体。负异常佐证水热蚀变 |
| 地温梯度 | 均值为3.87 ℃/hm | 验证温度随深度的变化 |
| 地热田 | 面积约0.2 km2，22个钻孔有9个见热水，混合热水温度35~54 ℃，涌水及热水埋深339~562 m(钻孔深度) | 验证浅部地下热源 |
1) 研究区位于上黄旗—乌龙沟断裂岩浆活动带中南段，中生代岩浆侵入活动强烈；H1—H4复合形嵌套式环形构造与航磁负异常吻合；H3西南出露面积较小的独山城晚侏罗世次花岗斑岩和闪长岩岩体；依据高氦体积分数异常推测深部存在隐伏中生代高放射性产热型花岗岩岩体，隐伏岩体最大范围460 km2，＞100 km2。
2) 研究区存在线性构造F1—F6，北西向F3为右旋张扭性断层；北东向F4和F6为压性构造，控制隐伏岩体主体为挤压形构造应力场。
3) 沿环状和断裂分布的遥感热异常、水热蚀变异常，与环形构造吻合的航磁负异常，位于断裂交汇处的温泉、地热田，107.1倍空气氦体积分数均佐证了地下热源的存在。初步估算地温梯度均值为3.87 ℃/hm。遥感地质解译盖层为中—新太古代、古元古代变质岩和中—新元古代沉积岩。
4) 独山城地区基底岩石类型、岩体规模、应力场格局、岩体形成时代、干热岩体地温梯度、盖层均符合并优于蔺文静等初步建立的干热岩地热资源开发的地热地质学标准，所以为高放射性产热型干热岩资源。
6.2 建议1) 在水热蚀变a处和c处重点勘查是否存在温泉。
2) 设计贯穿H1—H4的东西、南北向物探剖面，控制岩体规模及深度。
3) 对已有的独山城地热田干钻孔测温，选择合适的钻孔继续向深部打钻，进行深部干热岩验证。
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