CSAMT法在尋找溫泉中的應用

魏 鴻，王斌戰，王成姣，劉紅霞

(湖北省地球物理勘察技術研究院，湖北武漢 430056)

0 引言

隨著社會的進步，現代人的生活節奏越來越快，生活壓力也越來越大，合理的減壓與身體療養倍受人們的重視。溫泉中含有豐富的化學物質和微量元素，對多種疾病有良好的療效，具有很高的醫療保健價值，所以泡溫泉受到越來越多人的喜愛。近年來，中國的溫泉產業發展迅速，一股溫泉開發的熱潮遍布神州大地。因此，很有必要加大溫泉的勘察力度，為其開發提供依據。CSAMT法是近年來快速發展起來的一種新興物探方法，廣泛應用于礦產勘查、工程勘察及災害調查等各方面。CSAMT法以其施工相對方便、高效，數據采集量大，探測深度、精度高，成為一種新興實用的工作方法，本文以該法在湖北咸寧溫泉的實際勘查過程為例，簡述其在尋找液體礦產溫泉的巨大作用。

1 工程概況

湖北省咸寧溫泉旅游區，是湖北省內一個重要的溫泉開發地區，溫泉在該區域形成了一個相對集中的產出地，近年來已有部分進入開發，但由于人民生活水平不斷提高，旅游人數激增，已有的溫泉資源已無法滿足社會需求。該地區的特點是第四系覆蓋較大，普通的勘查手段難以探明深部的地質構造和地熱礦體賦存情況，為了查明該區地熱田的范圍，地下熱水的補給、逕流和排泄條件，較精確地計算地熱田的水文地質參數和評價地熱田的地下熱水資源量，為將來的科學開發利用地下熱水資源提供依據，以便地下熱水資源能得到持續、有效、安全的利用，根據實際情況，我們對該地熱礦區采用了CSAMT法進行工作。

2 地質、地球物理前提

2．1 地質、構造情況

測區位于襄廣斷裂南側揚子準地臺大巴山—大洪山臺緣褶帶大洪山臺褶束及鄂中褶斷區鐘祥臺褶束與江漢斷陷云應凹陷、天門凸起交匯處。各構造單元為斷層接觸。根據鉆探資料該區地層由新到老依次為第四系的粘土、亞粘土，上第三系的泥灰巖、泥巖、粘土巖，下第三系的粉砂巖，震旦系的白云巖、硅質白云巖、角礫巖、白云質灰巖。

2．2 地球物理前提

測區地層巖性相對比較簡單。第四系、上第三系、下第三系出露地層的巖性為粘土、泥灰巖、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法屬人工源頻率測深，是根據不同頻率的電磁波在地下傳播有不同的趨膚深度δ，通過對不同頻率電磁波強度的測量就可以得到該頻率所對應深度的地電參數，從而達到測深的目的。電磁波在地下傳播的趨膚深度δ計算公式如下:

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，導出了電場(E)、磁場(H)與電阻率(ρa)的關系式:

式中:Ex和Hy為相互垂直的電場和磁場。

4 數據采集及分析解釋

4．1 數據采集

工區的數據采集應用加拿大鳳凰公司的V8電法工作站，其特點是儀器發射功率大，探測深度大，分辨率高，抗干擾能力強。工作中，應用Scalar陣列，測點點距為50 m，測深頻率為9 600～1．33 Hz(共計40個頻點)，收發距r＞7 km，發射電流達到28 A。對所采集數據進行質檢，僅個別高頻點電阻率相對誤差較高外，其余各頻點相對誤差均＜5%;應用CSAMT－SW2．0處理軟件進行處理、反演，所得成果剖面很好地反映了地質情況。

4．2 資料分析及解釋［2，3］

在測區的電阻率剖面圖上，電阻率的變化很有規律(見圖1)，結合地質資料，測區可分為三個地層:

(1)第四系覆蓋層;

(2)三疊系的砂巖與泥質灰巖;

(3)震旦系燈影組的白云質灰巖。

第四系覆蓋于其他兩個地層之上，其厚度變化不大，約在20 m左右。三疊系的砂巖與泥質灰巖僅處于測區右段的一部分;與燈影組白云質灰巖呈不整合接觸。燈影組為CSAMT法探測范圍內的主要地層。

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，測線的右下部大片的低電阻區，應為熱水的富集區域(即斷層作用的破碎區);上部的高阻層為燈影組白云質灰巖與三疊系泥質灰巖形成的隔水層，其間的低阻條帶應為斷層或巖溶所致的熱水上升通道。故:測線所處位置1 100～1 600之間為較好的熱水采集點(見圖2)。

圖2 推斷地質成果圖Fig．2 Inference geological map

5 質量驗證

測區處于溫泉旅游區，各種電力設施多，人員流動大;給勘測造成了一定的干擾，這些因素對本次物探的探測成果有一定的影響。

在本次CSAMT法工作之前，測線上1 500～1 600已有井在開采溫泉水，其位置正好處于測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，其鉆孔結果在水量和水溫上都非常令人滿意。

6 結論

CSAMT法具有探測深度大，采集信息豐富，抗干擾能力強的特點，能比較直觀的反應構造，地質體的形態、特征等。本次CSAMT法工作清晰的描述了熱水的富集區及其上升通道等情況，并指出未來溫泉開采的最佳位置。充分說明在湖北咸寧溫泉地熱礦區繼續采用CSAMT法進行地下熱水勘查是可行的。

［1］ 李金銘．地電場與電法勘探［M］．北京:地質出版社，2007.

［2］ 石昆法．可控源音頻大地電磁法理論與應用［M］．北京:科學出版社，1999.

［3］ 湯井田，何繼善，等．可控源音頻大地電磁法及其應用［M］．長沙:中南工業大學出版社，2005.