CSAMT法在泰安市淺層地下水調查中的應用

王士黨

（山東省煤田地質局第三勘探隊，山東 泰安 271000）

在水文地質調查工作中，物探作為先行軍，為不可或缺的重要組成部分。含水層與圍巖的電性差異，是電法開展工作的前提及基礎。對埋深較淺的水文調查物探工作，方法主要有瞬變電磁法、高密度電法、電測深、可控源音頻大地電磁法等。

直流電法因抗干擾能力強、原理成熟、分析解釋相對簡單便捷等優點被廣泛應用于淺層地下水調查工作，其中高密度電法主要應用于深度150 m以上的含水[1-2]，電測深主要應用于深度500 m以上。瞬變電磁法采集的是二次場數據，主要應用于煤礦等地形復雜、接地條件較差的富水區探測[3-4]。可控源音頻大地電磁法由于其頻點可手動調節，可有效避開50 Hz干擾段，主要用于探測深度100～1300 m巖性變化及富水性[5]。

本次勘探目的層位于地下150～200 m，由于廠區及河流等障礙物，常規電法及高密度電法無法布設測線，因此本次工作選用CSAMT法進行探測。

1 地質概況及物性特征分析

勘探區位于泰安市岱岳區范鎮，牟汶河流域，地形平坦，地表為第四系覆蓋，第四系下為寒武系上統鳳山組灰巖，灰巖具有發育溶洞，巖溶發育具不均勻性，富水區域為斷裂或兩側強巖溶發育帶。

正常地層灰巖電阻率相對較高，約為50～500 Ω·m，灰巖溶洞由于充填淤泥或地下水，整體呈低阻反映。利用巖溶地段與完整基巖的電性差異，是開展電法工作地球物理前提。

2 工作方法

CSAMT法是由大地電磁法基礎上發展起來的一種新的方法技術，采用大功率的人工場源，彌補觀測信號弱的缺點。發射供電后，接收機通過測量沿發射方向的電場（Ex）與垂直發射方向的（Hy）分量，進而計算卡尼亞電阻率[6-9]。

式中：f代表頻率；ρs代表卡尼亞電阻率。根據電磁波的趨膚效應理論，導出有效深度公式：

式中：H為探測深度；ρ為電阻率；f為頻率。

3 野外施工方法

本次勘探工作選用儀器為加拿大鳳凰公司生產的V8多功能電法工作站，主要包含發射機與接收機，利用其儀器自帶的GPS進行時鐘同步，確保采集數據真實可靠。

測量采用中央子午線為117°，高斯3°帶投影，坐標系為2000坐標系，4條勘探線測點全部使用RTK的放樣、采集，并采用木筷、塑料袋、記號筆等在實地制作做好標記。由于地表多為第四系覆蓋，勘探目的層深度為150～200 m，工作頻率范圍為5～9600 Hz，頻點間隔均勻分布，避開50 Hz工頻及其倍頻頻點。收發距依據探測深度、測區大地電阻率、信噪比等因素確定。在保證一定的信噪比前提下，收-發距r應盡可能滿足遠區測量條件。r通常按目標體最大埋深Hmax的4倍以上，本次勘探深度約為300 m。本次選取收發距為5.6 km，曲線完全在遠區。發射偶極距AB長度為1.2 km，振幅-頻率響應曲線圓滑，畸變頻點較少。

圖1 CSAMT法工作裝置示意圖

圖2 CSAMT法測線布置圖

4 資料處理解釋

完成可控源大地電磁測深測線4條，物理點102點，質量檢測點5個（占4.90%），總物理點107個。全區卡尼亞電阻率和阻抗相位總均方相對誤差分別為±2.21%和±3.12%。

其中L3測線剖面全長520 m，測線方位角為0°，測線點號由南往北逐步增大。圖中電阻率為取對數后數值。

橫向上，視電阻率等值線呈水平層狀，視電阻率曲線平緩，無較大擾動。

縱向上，視電阻率等值線呈低-高-低-高，隨深度增加視電阻率逐步增大。深度0～10 m，視電阻率30～100 Ω·m，推測為第四系亞粘土和細中粗砂電性反映。在深度10～70 m，視電阻率50～100 Ω·m，推測為泥質灰巖。深度70～120 m，視電阻率70～120 Ω·m，推測為泥質灰巖與礫巖互層電性反映。在深度120 m以下，視電阻率大于100 Ω·m，推測為奧陶系灰巖電性反映，其中發育有溶洞，造成低阻異常。低阻區域為本次勘探的主要目的層位，其中富含有豐富的水資源。

在樁號70 m處，布設ZK003，孔深180 m，目的層為灰巖溶洞區域。將樁號70 m處視電阻率曲線提出，生成圖4，測深曲線類型“H”型，在深度140～170 m，電阻率整體呈低阻反映，本次勘探目的層灰巖溶洞區域。鉆孔ZK003在深度154 m處鉆遇巖溶區，終孔孔深181 m，其中溶洞區深度為154～159 m，開展了抽水試驗，計算出水量為40 m3/h。結論表明，本次CSAMT法參數選擇得當，在淺層地下水勘探中取得了較好的探測效果。CSAMT法視電阻率反演擬斷面圖如圖3。

圖3 CSAMT法視電阻率反演擬斷面圖

圖4 擬定井位電阻率曲線圖

5 結論

鉆孔ZK003在深度154 m處鉆遇巖溶區，終孔孔深181 m，其中溶洞區深度為154～159 m，后期經兩次降深抽水試驗，求得水量為40 m3/h。結論表明，CSAMT法在地熱等深部探測中發揮著巨大作用的同時，選擇好合適參數，對于淺部的地下水探測也具有非常好的效果。對于一些探測深度100～300 m、高密度電法效果較差深度范圍、電測深施工不便區域，利用CSAMT法是一種非常有效的勘探手段。