地热勘察中CSAMT的应用解析

■刘伟 陈磊

（江西赣南地质工程院 江西赣州 341000）

地热勘察中CSAMT的应用解析

■刘伟 陈磊

（江西赣南地质工程院 江西赣州 341000）

地热能源的勘探方式有很多，本文介绍可控源音频大地电磁测深技术，该技术在勘探地热能源中广泛应用，在勘探中具有十分重要的意义。

地热 勘探 CSAMT

可控源音频大地电磁测深 (Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics，简称CSAMT)是通过以接地水平电偶源来作为信号源来进行勘探的一种电磁探测法。该探测法是由大地电磁测深法演变而来的，以音频作为工作频率，将人工磁场激发频率谐变，用来弥补天然磁场能量的不足。该探测法探测深度大、数据准确度高和成本低廉等优点。近年来被广泛应用于地热田勘探工程中。

1 CSAMT的基本原理

CSAMT的发展与展望：

大地的电磁场波动频率范围通常是n*10-4-n*103HZ，这个频率很低很低，所以大地电磁波测深法MT的勘探深度往往可以达到数十公里甚至上百公里，在深度探测领域得到了很大应用。

在大地电磁测深技术的基础上，逐渐发展形成一种音频大地电磁测深法AMT。AMT的施工探测方式、探测参数和MT基本相同。它的探测工作频率相比MT的频率要高，所以探测深度在几十米到几千米，符合人类对这一深度电磁探测的需求。但是在MT的音频波段内，天然电磁场强度比较弱，人文干扰强度相对较大，而AMT探测法的信噪比较低。

为了解决上述困难，二十世纪七十年代初，多伦多大学教授D. W.Strangway和他的学生提出了一种基于AMT探测法，采用人工供音频电流形成的电磁场进行探测的测量方式。这种探测方式能够很好的控制频率、场强和磁场方向，所以这种方式被命名为可控源音频大地电磁法CSAMT。

二十世纪八十年代中期，CSAMT接收系统正式被加拿大凤凰公司研制出来。并在随后几年改进了软硬件设施，推出了各种型号的发射机和接收机。

CSAMT法的发射源通常分为电性源和磁性源。目前应用最广泛的是电性源，该方式沿着某个方向定向安置长度为1-2km的导线，向地下供入特定频率的交变电流，形成需要的交变磁场。交变电流频率的变化影响磁场变化，不同频率下的磁场探测能够达到的探测深度不同。主要用于固体矿产探测，地下气体探测和热能地热田的探测。

2 CSAMT应用中的常见问题

2.1 收发距离与收发频率选择

在地表铺设一定长度的导线，并在导线两端供以正弦波交变电流。导线附近或产生交变电磁波并向四周辐射。通常传播形式有三种，分别是天波形式、地层波形式和地面波形式。我们通常使用的波长较长，所以选择地面波和地层波进行分析讨论。由于电磁波在地层中和空气中的传播波长不同，空气中的波长较长，所以在地面波和地层波的传播过程中，由于波程的差别，在地面形成一种接近水平的波阵面，并垂直向下传播。传播中与地下天然电磁场发生电磁作用，并把相互作用结果反馈回地面观测点。这就成为CSAMT探测法解决地质探测的基础前提。

2.2 近场校正方法

CSAMT探测法在低频率探测时，探测到的电磁场信号一般是属于过渡区场或者近区场信号，必须作非波区场的校正。

2.3 趋肤深度的讨论

在使用CSAMT探测法工作过程中，必须根据地质情况和勘探任务来估算目标深度，选择合适的收发距，所以需要从理论上讨论电磁波的有效穿透深度（趋肤深度）。

2.4 静态校正的应用

静态效应指的是因为地表的电阻率在横向上分布的不均匀，引起电荷的积累效应。静态效应可能会使层厚度或者测深曲线的电阻率导致对一维定量的解释变得困难。如果无法提前发现其影响，可能会将静态效应误判断为垂向延伸异常体或者陡立深大断裂。所以必须对静态效应进行校正，减小甚至消除其影响。

2.5 假极值问题

在CSAMT探测方法中，如果有低阻覆盖层存在于高阻之上的，那么实际观测中，通常会发现视电阻率的曲线在升高之前，会出现一次向下俯，然后迅猛爬升的现象。我们把这种现象称为假极值现象。目前该现象无法用简单函数进行表达，也无法进行校正，只能通过特定手段减小其影响。

3 应用案例

东岗桥这一地区位于江西省的南昌市，江西省地跨两大构造单元，而东岗桥正处于两大单元的结合带。该地区地质构造相对复杂，断裂带高度发育。该区域地形多为丘陵岗阜，地貌特征呈现层状，辫流发育。同时该地区地层的导热性能很差，大大减少了地层深部的热量散失。该区域地底深部有非常厚的碳酸盐岩地层，对于地热水的储集十分有利。以上资料表明该地区具有良好的地热开发前景。

东岗桥地区的地热勘探工作采用可控源音频大地电磁测深法进行地质勘探。CSAMT探测法是基于MT和AMT的基础上完善的探测方式，兼具两种方法的大部分优点，同时又有诸多独有技术。该方法用特定长度的电偶极子作场源，在偶极中心附近距离同时观测磁场参数和电场参数。针对MT在音频频段的信号微弱问题，和信号的随机性问题，在大地电磁法的基础上改进完善。采用人工可控的场源作发射源，加强地层反射信号。CSAMT探测方式的工作效率高，地形影响小、勘探深度大并且水平方向的分辨能力高，适合大部分地底深度勘探工作。

东岗桥地区地热田探测中，CSAMT探测法测量点距设定50米，深度探测预定2500米，设定前次剖面的长度为14.95千米。并且此次探测设置两条剖面，其平行间距500米，剖面方向设置为350°。4线剖面以CSAMT1线的182号点作为中心点，3线剖面则是以地震剖面流I线的9000号桩作为中心点，其坐标为60/3.两条剖面各长2.5千米。

从地质解译成果和CSAMT探测电阻率的反演可以得出，岩石地层电阻率由北向南逐渐降低，并且变化趋势相对比较平缓。深部岩石地层的高电阻率部分在横向有间断，这说明岩石地层之间有部分断裂构造。由此推断的地质结构说明，东岗桥区域地质存在两处东西向的平行断层。结合资料分析，东岗桥地区存在地热资源的可能性很大，但具体的位置和热能储量都还需要结合其他的勘探方式以及综合分析去判断。

4 总结

地热资源作为可再生绿色环保新型能源，越来越受到人们的重点关注。地热田的勘探范围越来越广。CSAMT勘探法对于地热勘探工作来讲，是一项重要的工作内容。这种方式不仅成本低廉，探测的数据精度也符合勘探要求。结合其他手段，CSAMT能够有效的完成对地质条件的检测，对地热资源的探寻做出贡献。

[1]张跃彬.煤田地质勘察中重力勘探工作方法研究 [J].煤炭技术,2011,30(8):171-172.

P631.3[文献码]B

1000-405X（2015）-11-226-1