CSAMT法在尋找溫泉中的應(yīng)用

魏 鴻，王斌戰(zhàn)，王成姣，劉紅霞

(湖北省地球物理勘察技術(shù)研究院，湖北武漢 430056)

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，現(xiàn)代人的生活節(jié)奏越來(lái)越快，生活壓力也越來(lái)越大，合理的減壓與身體療養(yǎng)倍受人們的重視。溫泉中含有豐富的化學(xué)物質(zhì)和微量元素，對(duì)多種疾病有良好的療效，具有很高的醫(yī)療保健價(jià)值，所以泡溫泉受到越來(lái)越多人的喜愛。近年來(lái)，中國(guó)的溫泉產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一股溫泉開發(fā)的熱潮遍布神州大地。因此，很有必要加大溫泉的勘察力度，為其開發(fā)提供依據(jù)。CSAMT法是近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的一種新興物探方法，廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查、工程勘察及災(zāi)害調(diào)查等各方面。CSAMT法以其施工相對(duì)方便、高效，數(shù)據(jù)采集量大，探測(cè)深度、精度高，成為一種新興實(shí)用的工作方法，本文以該法在湖北咸寧溫泉的實(shí)際勘查過程為例，簡(jiǎn)述其在尋找液體礦產(chǎn)溫泉的巨大作用。

1 工程概況

湖北省咸寧溫泉旅游區(qū)，是湖北省內(nèi)一個(gè)重要的溫泉開發(fā)地區(qū)，溫泉在該區(qū)域形成了一個(gè)相對(duì)集中的產(chǎn)出地，近年來(lái)已有部分進(jìn)入開發(fā)，但由于人民生活水平不斷提高，旅游人數(shù)激增，已有的溫泉資源已無(wú)法滿足社會(huì)需求。該地區(qū)的特點(diǎn)是第四系覆蓋較大，普通的勘查手段難以探明深部的地質(zhì)構(gòu)造和地?zé)岬V體賦存情況，為了查明該區(qū)地?zé)崽锏姆秶叵聼崴难a(bǔ)給、逕流和排泄條件，較精確地計(jì)算地?zé)崽锏乃牡刭|(zhì)參數(shù)和評(píng)價(jià)地?zé)崽锏牡叵聼崴Y源量，為將來(lái)的科學(xué)開發(fā)利用地下熱水資源提供依據(jù)，以便地下熱水資源能得到持續(xù)、有效、安全的利用，根據(jù)實(shí)際情況，我們對(duì)該地?zé)岬V區(qū)采用了CSAMT法進(jìn)行工作。

2 地質(zhì)、地球物理前提

2．1 地質(zhì)、構(gòu)造情況

測(cè)區(qū)位于襄廣斷裂南側(cè)揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)大巴山—大洪山臺(tái)緣褶帶大洪山臺(tái)褶束及鄂中褶斷區(qū)鐘祥臺(tái)褶束與江漢斷陷云應(yīng)凹陷、天門凸起交匯處。各構(gòu)造單元為斷層接觸。根據(jù)鉆探資料該區(qū)地層由新到老依次為第四系的粘土、亞粘土，上第三系的泥灰?guī)r、泥巖、粘土巖，下第三系的粉砂巖，震旦系的白云巖、硅質(zhì)白云巖、角礫巖、白云質(zhì)灰?guī)r。

2．2 地球物理前提

測(cè)區(qū)地層巖性相對(duì)比較簡(jiǎn)單。第四系、上第三系、下第三系出露地層的巖性為粘土、泥灰?guī)r、泥巖、粘土巖、粉砂巖等，其電阻率約為n×10～n×100Ω·m;下伏震旦系上統(tǒng)燈影組地層巖性為白云巖，其電阻率約為n×100～n×10 000Ω·m;同時(shí)破碎帶的存在，特別是破碎帶充水后，其電阻率將特別低，僅幾歐姆米。這些巖石(地層或構(gòu)造)在電阻率上存在一定差異，為本次勘查提供較好的地球物理前提。

3 物探方法及原理［1］

CSAMT法屬人工源頻率測(cè)深，是根據(jù)不同頻率的電磁波在地下傳播有不同的趨膚深度δ，通過對(duì)不同頻率電磁波強(qiáng)度的測(cè)量就可以得到該頻率所對(duì)應(yīng)深度的地電參數(shù)，從而達(dá)到測(cè)深的目的。電磁波在地下傳播的趨膚深度δ計(jì)算公式如下:

式中:ρ為地層的平均電阻率(Ω·m);f為電磁波頻率(Hz)。

CSAMT法基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組，導(dǎo)出了電場(chǎng)(E)、磁場(chǎng)(H)與電阻率(ρa(bǔ))的關(guān)系式:

式中:Ex和Hy為相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。

4 數(shù)據(jù)采集及分析解釋

4．1 數(shù)據(jù)采集

工區(qū)的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用加拿大鳳凰公司的V8電法工作站，其特點(diǎn)是儀器發(fā)射功率大，探測(cè)深度大，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)。工作中，應(yīng)用Scalar陣列，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距為50 m，測(cè)深頻率為9 600～1．33 Hz(共計(jì)40個(gè)頻點(diǎn))，收發(fā)距r＞7 km，發(fā)射電流達(dá)到28 A。對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)檢，僅個(gè)別高頻點(diǎn)電阻率相對(duì)誤差較高外，其余各頻點(diǎn)相對(duì)誤差均＜5%;應(yīng)用CSAMT－SW2．0處理軟件進(jìn)行處理、反演，所得成果剖面很好地反映了地質(zhì)情況。

4．2 資料分析及解釋［2，3］

在測(cè)區(qū)的電阻率剖面圖上，電阻率的變化很有規(guī)律(見圖1)，結(jié)合地質(zhì)資料，測(cè)區(qū)可分為三個(gè)地層:

(1)第四系覆蓋層;

(2)三疊系的砂巖與泥質(zhì)灰?guī)r;

(3)震旦系燈影組的白云質(zhì)灰?guī)r。

第四系覆蓋于其他兩個(gè)地層之上，其厚度變化不大，約在20 m左右。三疊系的砂巖與泥質(zhì)灰?guī)r僅處于測(cè)區(qū)右段的一部分;與燈影組白云質(zhì)灰?guī)r呈不整合接觸。燈影組為CSAMT法探測(cè)范圍內(nèi)的主要地層。

圖1 CSAMT法電阻率剖面成果圖Fig．1 Profile of resistivity of CSAMT method

由于破碎帶充水，故呈現(xiàn)低電阻特性;水溫高則其中溶解的鈉離子、鈣離子、硫酸根離子、氟離子含量高，電阻率更低。從電阻率剖面圖上(見圖1)可看見，測(cè)線的右下部大片的低電阻區(qū)，應(yīng)為熱水的富集區(qū)域(即斷層作用的破碎區(qū));上部的高阻層為燈影組白云質(zhì)灰?guī)r與三疊系泥質(zhì)灰?guī)r形成的隔水層，其間的低阻條帶應(yīng)為斷層或巖溶所致的熱水上升通道。故:測(cè)線所處位置1 100～1 600之間為較好的熱水采集點(diǎn)(見圖2)。

圖2 推斷地質(zhì)成果圖Fig．2 Inference geological map

5 質(zhì)量驗(yàn)證

測(cè)區(qū)處于溫泉旅游區(qū)，各種電力設(shè)施多，人員流動(dòng)大;給勘測(cè)造成了一定的干擾，這些因素對(duì)本次物探的探測(cè)成果有一定的影響。

在本次CSAMT法工作之前，測(cè)線上1 500～1 600已有井在開采溫泉水，其位置正好處于測(cè)線所推斷的破碎帶上。本次工作提交成果之后，在1 250處布置了鉆孔，其鉆孔結(jié)果在水量和水溫上都非常令人滿意。

6 結(jié)論

CSAMT法具有探測(cè)深度大，采集信息豐富，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能比較直觀的反應(yīng)構(gòu)造，地質(zhì)體的形態(tài)、特征等。本次CSAMT法工作清晰的描述了熱水的富集區(qū)及其上升通道等情況，并指出未來(lái)溫泉開采的最佳位置。充分說明在湖北咸寧溫泉地?zé)岬V區(qū)繼續(xù)采用CSAMT法進(jìn)行地下熱水勘查是可行的。

［1］ 李金銘．地電場(chǎng)與電法勘探［M］．北京:地質(zhì)出版社，2007.

［2］ 石昆法．可控源音頻大地電磁法理論與應(yīng)用［M］．北京:科學(xué)出版社，1999.

［3］ 湯井田，何繼善，等．可控源音頻大地電磁法及其應(yīng)用［M］．長(zhǎng)沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社，2005.