可控源音频大地电磁测深法在地热田勘探中的应用

王思琳

[摘要]随着地热资源越来越广泛的应用，为了提高效率，减少投资风险，开发地热资源前必须进行地质调查。可控源音频大地电磁法以其探测深度大、分辨能力高等特点广泛应用于地下水资源勘查等领域。选择该物探方法，在广东某地的地热资源勘查中进行了实地勘查，探测结果得到初步验证，取得了较好的地质效果。说明可控源音频大地电磁法用于地热资源勘查是行之有效的。

[关键词]可控源 音频 电磁 勘探

[中图分类号] P62 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-181-2

地热资源作为一种绿色、清洁的新型能源，与其他传统能源相比，地热资源具有易于开采，便于应用及无环境污染等许多优点，有着广泛的应用前景，并可取得良好的经济效益、社会效益和环境效益 [1]。

本文结合广东省某地热田地热资源开发可行性勘查项目中开展的可控源音频大地电磁测深法（以下统称CSAMT）[2]，对CSAMT方法在地热资源勘查中的效果作出初步探讨、同时对本方法在查找地质构造中的分析原则总结出几点想法。

1场地的地质概况

1.1地质概况

勘查区内地层较简单，由上至下分别为：第四系全新统冲洪积层（Q4alp）、第四系残积层（Qel）、燕山早期第三阶段侵入岩（γ52（3））。区内第四系的地层深度不大于20m。

燕山早期第三階段侵入岩（γ52（3））岩性为中—粗粒黑云母花岗岩，岩石风化带裂隙较发育，但厚度较小；新鲜岩石坚硬、裂隙较发育，裂隙面见绿泥石化，局部区域轻微-中等硅化。

勘查区处于区域性北东向河源深大断裂南东侧。区内主要为河源深大断裂带的次生断裂。地质调查和地热钻探结果显示，断裂构造带内后期侵入岩脉较发育，其中主要有辉绿岩脉（βμ），其次为石英岩脉。

1.2 CSAMT方法的选择依据

区内燕山期花岗岩为高阻岩石，表现为高阻电场特征（电阻率一般在1600Ω·m以上）。勘查区内地下水水位浅、地下水储量丰富，因此构造带内因岩石破碎导致含水量远大于周边密实的燕山早期第三阶段侵入岩-花岗岩，在视电阻率曲线上很可能形成低阻带异常。这就为我们在该区域开展电法工作寻找断裂构造带提供了地球物理依据。同时由于测区附近有高速公路、高压线路等干扰源，为了尽量排除这些外部干扰、保证数据的准确可靠，因此我们选择在本区采用CSAMT法。

2方法技术[2]

2.1 CSAMT的基本原理

可控源音频大地电磁测深法标量测量方式是用电偶极源供电，观测点位于电偶极源中垂线两侧各30度角组成的扇形区域内。当接收点距发射偶极源足够远时（r>3δ，δ为趋肤深度，即由于电磁波在地下传播时，其能量随传播距离的增加逐渐被吸收，当电磁波振幅减小到地表振幅的1/e时，其传播的距离称为趋肤深度（δ），即电磁法理论勘探深度），测点处电磁场可近似于平面波。实际工作中，探测深度（d）和趋肤深度存在一定差距，这是因为探测深度是指某种测深方法的体积平均探测深度，其经验公式为：d=356×■ （式中d表示探测深度，ρ表示介质电阻率，f表示频率）

由此可见探测深度与频率成反比，我们可以通过改变发射频率来达到测深的目的。

CSAMT采用频率测深，只要达到远区观测条件，改变频率便可达到理想的勘探深度，同时该方法还具有工作效率高、垂向分辨能力好、水平方向分辨能力高、受地形影响小、高阻层的屏蔽作用小、抗干扰能力强等优点。CSAMT野外工作方法示意图见图1。

2.2野外方法技术

在前期地质调查的基础上在勘查区内共布置了2条交叉测线，其中一条测线垂直于已知构造带。测点点距为50米。

2.3资料处理[2]～[4]

数据处理分为两步：预处理和解释处理。预处理包括检查数据的误差和噪音；解释处理包括对特定数据近场校正、静态校正、一维、二维反演。一维反演是在各测点的曲线响应基础上作单点反演，然后将同一测线的单点反演数据连成剖面，充分利用每点的信息，相邻测点的细微差别在剖面上都有所反映；二维反演是把要拟合的数据扩展成一条剖面上若干测点处，且每个测点又都包括两种极化方式的结果，相邻点相互影响，采用有限元等方法，不同程度上考虑到了地下电性的空间不均匀性，对局部异常有所压制。

3实测成果分析

（1）图2为测线的反演后的视电阻率等值线断面。同样，浅部受第四系地层及燕山早期第三阶段侵入岩-花岗岩风化带的影响，含水率较高，因此视电阻率值较下部完整岩石的视电阻率明显偏低。

（2）测线上0～500m处，出现向深部切割的低阻带异常。低阻带切割深度约800m，低阻带内存在局部高阻。另外在测线的1200m附近、1600m附近出现两条切割深度相对较小的低阻异常带。

（3）视电阻率等值线断面的三个低阻带上均通过钻孔揭露出岩石破碎等构造痕迹，其中第一个低阻带（F1）主要表现为具碎裂岩化，局部具硅化和蚀变现象。断面上北、东侧的CK3～CK7孔均有揭露碎裂岩，而西侧CK2、GK2、RK5等钻孔岩石硅化现象比较明显。

4结论

通过上述两条CSAMT断面结合地质调查及钻探结果进行分析，可以作出以下几个总结：

（1）由于华南地区地下水水位浅、储量丰富，所以通过圈定电性剖面上的低阻异常来寻找构造破碎带，然后通过构造来进一步圈定地热资源是可行的。但是，由于深大断裂一般而言具有宽度大、次生断裂多等特点，而可开采的地热资源仅仅赋存于特定断裂的特定部位，所以仅仅通过低阻来圈定断裂带对于地热勘查而言是远远不够的。

（2）钻孔揭露的热矿水赋存区域基本上都分布于F1断裂上。F1断裂具有几个特征：①电学断面上低阻带切割深度大，低阻带内存在局部高阻及进一步的串珠状低阻异常、②钻孔揭露F1断裂局部具硅化和蚀变现象。根据上述特征可以作出如下推断：F1断裂带内存在二次或多次侵入活动，造成断裂带内岩石的硅化和蚀变，电学断面上低阻带内的局部高阻异常就是这些硅化体和蚀变体的体现。

（3）F1断裂内的侵入痕迹说明该区域内岩浆活动比较频繁，这也是该区域存在热矿水资源的主要原因。其余次生断裂由于切割深度较浅，不具备岩浆侵入的通道，所以这些断裂中虽然储水量较大，但无法形成热矿水资源。

（4）综合以上的分析结论，对本区域或类似地质条件下热矿水资源勘查中物探资料的解释可形成几个值得参考的经验：①大的范围内，要在高阻中寻找向深部切割的低阻带异常（断裂带）；②特别重视低阻带内出现高阻异常或高低阻伴生的异常带，因为这些低阻区的高阻异常很可能是断裂带中的侵入体，是热矿水资源存在的重要标记。

参考文献

[1]徐新学，夏训银.MT及CSAMT方法在城市地热资源勘探中的应用[J].桂林工学院学报，2004，24（3）：278-281.

[2]何继善.可控源音频大地电磁法[M].长沙：中南工业大学出版社，1990.

[3]柳建新，王浩，程云涛，等.CSAMT在青海锡铁山隐伏铅锌矿的应用[J].工程地球物理学报，2008，5（3）：61～63.

[4]王家映.地球物理反演理论[M].武汉：中国地质大学出版社，1998.