電法在山區(qū)找水中的應(yīng)用

張 強(qiáng) 姚騰飛 杜炳銳

（1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.中國石油天然氣股份公司管道分公司，河北 廊坊 065000）

電法在山區(qū)找水中的應(yīng)用

張 強(qiáng)1姚騰飛2杜炳銳1

（1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.中國石油天然氣股份公司管道分公司，河北 廊坊 065000）

文章對(duì)黑龍江省某山區(qū)地?zé)豳Y源普查工作區(qū)內(nèi)地?zé)岬刭|(zhì)基礎(chǔ)條件進(jìn)行了分析，并根據(jù)地?zé)豳Y源勘探部署要求，在測(cè)區(qū)開展可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）勘查工程。

山區(qū)；CSAMT

（一）地質(zhì)條件

測(cè)區(qū)屬低山區(qū)，中部及北部高，東南低。山峰最高標(biāo)高764.6m，最低標(biāo)高268m，相對(duì)高差90～460m。地貌按成因類型劃分為構(gòu)造地貌、流水地貌（見表1）。

表1 測(cè)區(qū)地貌情況

（二）氣象、水文條件

本區(qū)屬中溫帶大陸性氣候，春季多風(fēng)沙，夏季炎熱多雨，冬季嚴(yán)寒。年平均氣溫3.5℃，每年的7月氣溫較高，最高達(dá)35℃，最低氣溫在1月，可達(dá)-40.9℃。年平均降雨量625.6mm，雨季集中在6月～8月。11月至翌年3月為結(jié)凍期。每年的4～10月適合野外作業(yè)。

區(qū)內(nèi)主要河流為頭道河及四道河。區(qū)內(nèi)頭道河河床寬6～20m，水深0.05～0.3m，一般流速0.1～0.5m/s，流量一般為0.9～1.9m3/s，由西北向東南流入二道河子；四道河河床寬5～20m，水深 0.1～0.25m，一般流速 0.2～0.5m/s，流量一般為0.7～1.6m3/s，由東北向西南流入二道河子。

本區(qū)大地構(gòu)造單元為Ⅰ級(jí)興安嶺——內(nèi)蒙地槽褶皺區(qū)，亞Ⅰ級(jí)小興安嶺——松嫩地塊，Ⅱ級(jí)濱東隆起帶，Ⅲ級(jí)玉泉斷陷。

測(cè)區(qū)內(nèi)斷裂有山河林場—戰(zhàn)家崴子斷裂、北東向斷裂、南北向斷裂、火山斷裂。

1.山河林場—戰(zhàn)家崴子斷裂

該斷裂走向 330°，長 19km，斷裂通過處形成溝谷或山鞍部，平面上呈舒綬波狀，與航照線性影像吻合，斷裂切過土門嶺組，使較老巖層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，北盤東移，南盤北移，其通過處巖石破碎，具弱糜棱巖化。斷面上發(fā)育擦痕。

2.北東向斷裂

以頭道河子——大李店斷裂為例。斷裂平面上呈舒緩波狀沿溝谷延伸，局部可見斷層三角面，航照上見清晰的線狀影像，總體走向18°，兩端延入鄰區(qū)，區(qū)內(nèi)出露長17.5km。沿?cái)嗔巡煌瑫r(shí)期的地質(zhì)體呈直線狀相接，斷裂通過處巖石破碎，在大李店東形成寬逾 70m的破碎帶，帶內(nèi)巖石具矽卡巖化，此斷裂顯多期活動(dòng)性，兼具壓扭及平移特點(diǎn)。

3.南北向斷裂

此方向斷裂為燕山運(yùn)動(dòng)生成的壓性斷裂系，以三楞山斷裂為例。斷裂北端被北東向斷裂和北西向斷裂所切，南端為北西向斷裂所截，長4.0km，斷裂通過處形成溝谷發(fā)育壓碎巖。

4.火山斷裂

此類斷裂系伴隨燕山期火山噴發(fā)作用形成的張性斷裂組合，為火山作用產(chǎn)物。斷裂圍繞火山口，由一系列半環(huán)狀的斷裂組成。在航片上可見清晰的半環(huán)狀線性影像，大部分與現(xiàn)代沖溝吻合，其中心多為火山錐，該斷裂系多形成于草帽頂子期，表現(xiàn)為脆性破裂。巖石破碎程度較弱，規(guī)模小，位移不明顯。

山河林場—戰(zhàn)家崴子斷裂性質(zhì)屬于張扭性斷裂。其斷裂面粗糙，附近可見疏松的角礫巖，兩側(cè)巖石破碎，為地下水賦存創(chuàng)造有利條件，故該方向斷裂常形成地下水富集帶。B22號(hào)孔即位于北西向斷裂帶上，巖石破碎、裂隙發(fā)育，水量較大（560.35m3/d）。斷裂構(gòu)造不僅能富集和儲(chǔ)藏地下水，也是控制地?zé)岙惓７植嫉囊蛩刂唬蓴嗔鸦顒?dòng)釋放的熱量也可使巖石增溫，從而使其周圍的溫度增高。

測(cè)區(qū)位于松嫩東緣（Ⅲ級(jí)）火山噴發(fā)帶內(nèi)，燕山早期火山巖出露連續(xù)，分布較廣。燕山期劃分出橫頭山火山構(gòu)造洼地、吊水湖火山構(gòu)造洼地、三楞山火山構(gòu)造洼地等 3個(gè)Ⅵ級(jí)火山構(gòu)造，Ⅴ級(jí)火山構(gòu)造28個(gè)，計(jì)有穹狀火山26個(gè)、盾狀火山2個(gè)。

（三）方法原理

由于天然場源的隨機(jī)性和信號(hào)微弱，大地電磁法（MT）需要花費(fèi)巨大精力來記錄和分析野外數(shù)據(jù)。為克服MT法的這個(gè)缺點(diǎn)，加拿大多倫多大學(xué)教授 D.W.Strangway和他的學(xué)生Myron Goldstein提出了利用人工可控制場源的音頻大地電磁法(CSAMT)。這種方法使用接地導(dǎo)線或不接地回線為場源，在波區(qū)測(cè)量相互正交的電、磁場切向分量（圖1），并根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出卡尼亞電阻率及阻抗相位，該方法數(shù)據(jù)處理及資料解釋均保留了AMT法的一些數(shù)據(jù)解釋方法。

圖1 CSAMT測(cè)量野外裝置示意圖

自20世紀(jì)70年代中期，CSAMT法得到實(shí)際應(yīng)用，一些公司相繼生產(chǎn)用于 CSAMT法測(cè)量的儀器和應(yīng)用解釋軟件。進(jìn)入80年代后，該方法的理論和儀器得到發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也擴(kuò)展到普查、勘探石油、天然氣、地?zé)帷⒔饘俚V產(chǎn)、水文、工程、環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，從而成為一種受人重視的地球物理方法。核地質(zhì)系統(tǒng)近年來完成了上萬個(gè) CSAMT測(cè)深點(diǎn)，取得了較好的地質(zhì)成果。

CSAMT法具有如下特點(diǎn)：工作效率高，利用一個(gè)偶極發(fā)射，可以在4個(gè)很大的扇形區(qū)域內(nèi)測(cè)量（圖2）；勘探深度范圍大，考慮到主客觀因素和目前的技術(shù)，CSAMT法的勘探深度為幾十米到二三千米；垂向分辨率高： CSAMT法垂向分辨能力與多種因素有關(guān)，如果將要探測(cè)對(duì)象的厚度和埋深之比定義為垂向分辨率，那么它在 10%～20%；水平分辨率高，CSAMT法水平分辨率與收發(fā)距無關(guān)，約等于接收電偶極長度；地形影響小，由于觀測(cè)值事實(shí)上作了歸一化，因此地形影響大為減弱，且易于校正。

圖2 CSAMT扇形區(qū)域圖

對(duì) 180線剖面的電性特征進(jìn)行綜合分析，其直立低阻異常對(duì)應(yīng)較好，在26點(diǎn)與27點(diǎn)之間，均呈釘子狀，電阻率較低，100～501Ω·m，推斷該直立低阻異常由巖石破碎沖水所引起，即由斷裂破碎帶所引起。

圖3 180線剖面電性特征分析圖

（四）結(jié)論

可控源音頻大地電磁測(cè)深法雖然是一種人工場源的方法，但在工作區(qū)受村莊、高壓線等的影響，局部地段的測(cè)量結(jié)果可能產(chǎn)生了與實(shí)際地質(zhì)體無關(guān)的異常體,對(duì)解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性增加了不穩(wěn)定的因素。

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A

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2011-04-15

張強(qiáng)，成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院研究生，研究方向?yàn)閼?yīng)用地球物理學(xué)；姚騰飛（1983－），中國石油天然氣股份公司管道分公司工程師。