CSAMT法在寻找温泉中的应用

魏 鸿，王斌战，王成姣，刘红霞

(湖北省地球物理勘察技术研究院，湖北武汉 430056)

0 引言

随着社会的进步，现代人的生活节奏越来越快，生活压力也越来越大，合理的减压与身体疗养倍受人们的重视。温泉中含有丰富的化学物质和微量元素，对多种疾病有良好的疗效，具有很高的医疗保健价值，所以泡温泉受到越来越多人的喜爱。近年来，中国的温泉产业发展迅速，一股温泉开发的热潮遍布神州大地。因此，很有必要加大温泉的勘察力度，为其开发提供依据。CSAMT法是近年来快速发展起来的一种新兴物探方法，广泛应用于矿产勘查、工程勘察及灾害调查等各方面。CSAMT法以其施工相对方便、高效，数据采集量大，探测深度、精度高，成为一种新兴实用的工作方法，本文以该法在湖北咸宁温泉的实际勘查过程为例，简述其在寻找液体矿产温泉的巨大作用。

1 工程概况

湖北省咸宁温泉旅游区，是湖北省内一个重要的温泉开发地区，温泉在该区域形成了一个相对集中的产出地，近年来已有部分进入开发，但由于人民生活水平不断提高，旅游人数激增，已有的温泉资源已无法满足社会需求。该地区的特点是第四系覆盖较大，普通的勘查手段难以探明深部的地质构造和地热矿体赋存情况，为了查明该区地热田的范围，地下热水的补给、迳流和排泄条件，较精确地计算地热田的水文地质参数和评价地热田的地下热水资源量，为将来的科学开发利用地下热水资源提供依据，以便地下热水资源能得到持续、有效、安全的利用，根据实际情况，我们对该地热矿区采用了CSAMT法进行工作。

2 地质、地球物理前提

2．1 地质、构造情况

测区位于襄广断裂南侧扬子准地台大巴山—大洪山台缘褶带大洪山台褶束及鄂中褶断区钟祥台褶束与江汉断陷云应凹陷、天门凸起交汇处。各构造单元为断层接触。根据钻探资料该区地层由新到老依次为第四系的粘土、亚粘土，上第三系的泥灰岩、泥岩、粘土岩，下第三系的粉砂岩，震旦系的白云岩、硅质白云岩、角砾岩、白云质灰岩。

2．2 地球物理前提

测区地层岩性相对比较简单。第四系、上第三系、下第三系出露地层的岩性为粘土、泥灰岩、泥岩、粘土岩、粉砂岩等，其电阻率约为n×10～n×100Ω·m;下伏震旦系上统灯影组地层岩性为白云岩，其电阻率约为n×100～n×10 000Ω·m;同时破碎带的存在，特别是破碎带充水后，其电阻率将特别低，仅几欧姆米。这些岩石(地层或构造)在电阻率上存在一定差异，为本次勘查提供较好的地球物理前提。

3 物探方法及原理［1］

CSAMT法属人工源频率测深，是根据不同频率的电磁波在地下传播有不同的趋肤深度δ，通过对不同频率电磁波强度的测量就可以得到该频率所对应深度的地电参数，从而达到测深的目的。电磁波在地下传播的趋肤深度δ计算公式如下:

式中:ρ为地层的平均电阻率(Ω·m);f为电磁波频率(Hz)。

CSAMT法基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组，导出了电场(E)、磁场(H)与电阻率(ρa)的关系式:

式中:Ex和Hy为相互垂直的电场和磁场。

4 数据采集及分析解释

4．1 数据采集

工区的数据采集应用加拿大凤凰公司的V8电法工作站，其特点是仪器发射功率大，探测深度大，分辨率高，抗干扰能力强。工作中，应用Scalar阵列，测点点距为50 m，测深频率为9 600～1．33 Hz(共计40个频点)，收发距r＞7 km，发射电流达到28 A。对所采集数据进行质检，仅个别高频点电阻率相对误差较高外，其余各频点相对误差均＜5%;应用CSAMT－SW2．0处理软件进行处理、反演，所得成果剖面很好地反映了地质情况。

4．2 资料分析及解释［2，3］

在测区的电阻率剖面图上，电阻率的变化很有规律(见图1)，结合地质资料，测区可分为三个地层:

(1)第四系覆盖层;

(2)三叠系的砂岩与泥质灰岩;

(3)震旦系灯影组的白云质灰岩。

第四系覆盖于其他两个地层之上，其厚度变化不大，约在20 m左右。三叠系的砂岩与泥质灰岩仅处于测区右段的一部分;与灯影组白云质灰岩呈不整合接触。灯影组为CSAMT法探测范围内的主要地层。

图1 CSAMT法电阻率剖面成果图Fig．1 Profile of resistivity of CSAMT method

由于破碎带充水，故呈现低电阻特性;水温高则其中溶解的钠离子、钙离子、硫酸根离子、氟离子含量高，电阻率更低。从电阻率剖面图上(见图1)可看见，测线的右下部大片的低电阻区，应为热水的富集区域(即断层作用的破碎区);上部的高阻层为灯影组白云质灰岩与三叠系泥质灰岩形成的隔水层，其间的低阻条带应为断层或岩溶所致的热水上升通道。故:测线所处位置1 100～1 600之间为较好的热水采集点(见图2)。

图2 推断地质成果图Fig．2 Inference geological map

5 质量验证

测区处于温泉旅游区，各种电力设施多，人员流动大;给勘测造成了一定的干扰，这些因素对本次物探的探测成果有一定的影响。

在本次CSAMT法工作之前，测线上1 500～1 600已有井在开采温泉水，其位置正好处于测线所推断的破碎带上。本次工作提交成果之后，在1 250处布置了钻孔，其钻孔结果在水量和水温上都非常令人满意。

6 结论

CSAMT法具有探测深度大，采集信息丰富，抗干扰能力强的特点，能比较直观的反应构造，地质体的形态、特征等。本次CSAMT法工作清晰的描述了热水的富集区及其上升通道等情况，并指出未来温泉开采的最佳位置。充分说明在湖北咸宁温泉地热矿区继续采用CSAMT法进行地下热水勘查是可行的。

［1］ 李金铭．地电场与电法勘探［M］．北京:地质出版社，2007.

［2］ 石昆法．可控源音频大地电磁法理论与应用［M］．北京:科学出版社，1999.

［3］ 汤井田，何继善，等．可控源音频大地电磁法及其应用［M］．长沙:中南工业大学出版社，2005.