CSAMT 法在卧龙湖地热勘探中的应用

赵志宇

（东北煤田地质局物探测量队，辽宁 沈阳 110101）

地热资源是来自地球内部核裂变产生的一种清洁能量资源。具有可再生性，对于减少环境污染、缓解资源利用压力、提高能源利用效率具有巨大的作用。目前，地热能已被广泛应用于取暖、制冷、温泉及发电中，帮助促进国民经济健康绿色发展。CSAMT 法，又称可控源音频大地电磁测深法，CSAMT[1]法采用人工场源，不受场外源的影响，抗干扰能力强。由于其发射功率大，横向分辨率高，勘探深度大，对于深部地热勘探具有很好的应用效果。工区位于卧龙湖景区内，采用CSAMT（可控源音频大地电磁测深）进行地热勘探，为下一步钻探工作提供依据。

1 地质概况及地球物理特征

1.1 地质概况

工区区域地层基底为古生界、中元古界和新太古界地层，盖层为中、新生界地层。自下而上为太古界前震旦系，中元古界蓟县系、青白口系，古生界奥陶-志留系下二台子群、石炭系中统明城组，中生界侏罗系、白垩系，新生界第四系。

工区大地构造位置处于西部新华夏系闾山-山海关凸起和东部第二巨型隆起带西丰-旅大断裂之间的康平-新民凸起的康平凸起段。北有库伦-甘旗卡-四平东西向隆起，南有珠尔山-三面船东西向断褶带与南侧的下辽河凹陷相隔。属松辽盆地南端。

工区周围区域岩浆岩活动主要有燕山早期和燕山晚期岩浆岩活动。燕山早期侵入岩为花岗岩，其岩性主要为浅肉红色黑云母花岗岩、黑云母钾长花岗岩；燕山晚期侵入岩为火山岩和火山碎屑岩，主要岩性为灰色、浅灰色安山岩，组成建昌组（义县组），其分布规律。

1.2 地热地质条件

勘探区的盖层是古生界变质岩系基底上形成稳定的碎屑岩为主的沉积建造，地层岩性主要为中生界白垩系孙家湾组砂砾岩、泥岩。热储层主要为基底变质岩古风化壳。地表水经深循环后，在充分吸收深部热量后，通过断裂和含水层导通赋存于上述热储层（带）中。断裂带和孔隙裂隙发育带则更有利于地下热水的运移和富集。

1.3 地球物理特征

可控源音频大地电磁测深（CSAMT）方法由人工向地下供入音频谐变电流建立电磁场，通过仪器在地面接收从地下反馈来的带有地层特征的信息，根据不同时代、岩性地层电性特征达到勘查目的。

由于本区上部为第四系，全区广泛发育，以残坡积及冲洪积沉积物为主，由腐植土、黏性土和砂、砾石等组成，厚度30 m 左右，表现为低阻特征，视电阻率大致位于0～100 Ω·m；白垩系泉头组岩性主要以泥岩、泥质砂岩夹细砂岩、砂砾岩为主，厚度120 m 左右，亦表现出低阻特征，视电阻率大致为100～300 Ω·m；白垩系三台子组为主要含煤地层，岩性主要以砂岩、砾岩、泥岩、砂砾岩为主，厚度大约700 m，主要表现出中低阻特征，视电阻率大致为200～2 200 Ω·m；白垩系义县组地层主要岩性为灰色、浅灰色安山岩，厚度400 m 左右，表现出高阻特征，视电阻率大致为2 200～3 000 Ω·m；奥陶-志留系地层主要岩性为片岩、变质岩、大理岩，厚度在1 000 m 左右，表现出高阻特征，视电阻率在3 000 Ω·m 以上；太古界岩性主要为花岗片麻岩、云母片岩、石英片岩、角闪片岩和绿泥片岩等，因此为高阻特征，视电阻率3 000～3 400 Ω·m。从以上分层来看，良好的地球物理特性为完成本次勘探的工作任务奠定了良好基础。

2 工作方法与工程布置

2.1 基本原理

CSAMT 法在勘查深部地质构造方面具有较大优势，具有低阻高敏感性，可有效规避高阻屏蔽，分辨能力（横向）强，信号稳定，高信噪比，高效、经济等优点[2]，使其在直接找矿、找矿前景预测、研究成矿目的层展布规律、探寻隐伏构造及侵入岩体等方面得到广泛应用。

2.2 施工仪器与施工布置

使用仪器为加拿大凤凰公司生产的V8-6R、RXU-3ER多功能接收机和TXU-30 发射机。工作频率选择为9 600～0.125 Hz，共37 个频率点。施工采用赤道偶极测量装置。接收至发射距离大于10.7 km，接收区域在发射偶极中心点的25°角的三角形面积内。

2.3 勘探线布置

根据地质任务和场地条件，在勘探区内共布置8 条测线，基本点距为50 m，如图1 所示。

3 资料处理与解释

3.1 解释处理

解释处理包括把自由坐标以大地三维坐标替换，将特定的数据组绘制常规图件及通过必要的归一化、静态校正、滤波和导数计算来增强某种影响，如通过相减、相除或对等频率、等深度的平均值进行重合叠加，从一组数据中消除其层状效应，重合叠加法能消除区域影响，增强复杂层状介质中微弱的横向影响，如果滤波得当可以使细微异常特征突出出来。W3、W4、W8 线视电阻率综合解释剖面如图2 所示。

图1 施工布置图

图2 W3、W4、W8 线视电阻率综合解释剖面图

图3 立体水平切片图

反演解释处理使用的是中国地质大学（武汉）的CSAMT-SW 反演软件。该软件功能强大，可对原始采集数据进行编辑处理，诸如归一化、静态位移校正、滤波、近场改正等。该软件主要特点是对整条剖面的ρa 断面进行一维联合反演，反演过程采用曲线圆滑法，最终提供反演后的电阻率剖面图，供推断解释使用。

3.2 推断解释

立体水平切片情况如图3 所示。

纵观这3 条剖面，浅部及中上部（地表至标高-750 m之间）电阻率普遍在10～2 000 Ω·m 间变化，岩性横向变化稳定，电阻率未发现明显扭曲；而标高-750～-2 300 m 位置处，视电阻率等值线均发生扭曲，根据折曲形态初步推断其为一走向近北东-南西向隐伏断层，断距70～300 m，倾向西南方向；在-2 300 m 至向下的地层中，等值线出现严重扭曲，横行变化无规律性，在W8 线出现一较大区域低阻异常圈闭，一方面反应地层岩性的变化，一方面表现地层富水性变化。同时根据现场踏勘及实测资料可以发现上述推断的断层位置恰巧位于低阻异常区内。因此结合区域地层及本次物探成果分析，在W8 线W8-17 号点附近地下2 600 m 处为赋水有利区。根据视电阻率拟断面图绘制各层视电阻率水平切片图，从切片图可以看出，上节提到的赋水有利区在标高-2 400 m 切片上开始表现，且幅值较大，为地热资源的形成提供了较好的条件。

4 结论

通过对该区所有测线反演结果分析，结合以往地质勘探资料及现场实测断层位置，综合分析并形成如下结论：勘探区存在一条东北—西南向较大断裂构造，推断该断裂为区域较大断裂，该区北东向断裂在区域上以张性为主，有利于地表水对下部地热层的运移；该区深部存在一个较大的低阻异常圈闭区域，赋水性相对围岩较好。本次电法勘探结果取得了较好效果，为下一步钻探工作提供了依据。