CSAMT法在泰安市浅层地下水调查中的应用

王士党

（山东省煤田地质局第三勘探队，山东 泰安 271000）

在水文地质调查工作中，物探作为先行军，为不可或缺的重要组成部分。含水层与围岩的电性差异，是电法开展工作的前提及基础。对埋深较浅的水文调查物探工作，方法主要有瞬变电磁法、高密度电法、电测深、可控源音频大地电磁法等。

直流电法因抗干扰能力强、原理成熟、分析解释相对简单便捷等优点被广泛应用于浅层地下水调查工作，其中高密度电法主要应用于深度150 m以上的含水[1-2]，电测深主要应用于深度500 m以上。瞬变电磁法采集的是二次场数据，主要应用于煤矿等地形复杂、接地条件较差的富水区探测[3-4]。可控源音频大地电磁法由于其频点可手动调节，可有效避开50 Hz干扰段，主要用于探测深度100～1300 m岩性变化及富水性[5]。

本次勘探目的层位于地下150～200 m，由于厂区及河流等障碍物，常规电法及高密度电法无法布设测线，因此本次工作选用CSAMT法进行探测。

1 地质概况及物性特征分析

勘探区位于泰安市岱岳区范镇，牟汶河流域，地形平坦，地表为第四系覆盖，第四系下为寒武系上统凤山组灰岩，灰岩具有发育溶洞，岩溶发育具不均匀性，富水区域为断裂或两侧强岩溶发育带。

正常地层灰岩电阻率相对较高，约为50～500 Ω·m，灰岩溶洞由于充填淤泥或地下水，整体呈低阻反映。利用岩溶地段与完整基岩的电性差异，是开展电法工作地球物理前提。

2 工作方法

CSAMT法是由大地电磁法基础上发展起来的一种新的方法技术，采用大功率的人工场源，弥补观测信号弱的缺点。发射供电后，接收机通过测量沿发射方向的电场（Ex）与垂直发射方向的（Hy）分量，进而计算卡尼亚电阻率[6-9]。

式中：f代表频率；ρs代表卡尼亚电阻率。根据电磁波的趋肤效应理论，导出有效深度公式：

式中：H为探测深度；ρ为电阻率；f为频率。

3 野外施工方法

本次勘探工作选用仪器为加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法工作站，主要包含发射机与接收机，利用其仪器自带的GPS进行时钟同步，确保采集数据真实可靠。

测量采用中央子午线为117°，高斯3°带投影，坐标系为2000坐标系，4条勘探线测点全部使用RTK的放样、采集，并采用木筷、塑料袋、记号笔等在实地制作做好标记。由于地表多为第四系覆盖，勘探目的层深度为150～200 m，工作频率范围为5～9600 Hz，频点间隔均匀分布，避开50 Hz工频及其倍频频点。收发距依据探测深度、测区大地电阻率、信噪比等因素确定。在保证一定的信噪比前提下，收-发距r应尽可能满足远区测量条件。r通常按目标体最大埋深Hmax的4倍以上，本次勘探深度约为300 m。本次选取收发距为5.6 km，曲线完全在远区。发射偶极距AB长度为1.2 km，振幅-频率响应曲线圆滑，畸变频点较少。

图1 CSAMT法工作装置示意图

图2 CSAMT法测线布置图

4 资料处理解释

完成可控源大地电磁测深测线4条，物理点102点，质量检测点5个（占4.90%），总物理点107个。全区卡尼亚电阻率和阻抗相位总均方相对误差分别为±2.21%和±3.12%。

其中L3测线剖面全长520 m，测线方位角为0°，测线点号由南往北逐步增大。图中电阻率为取对数后数值。

横向上，视电阻率等值线呈水平层状，视电阻率曲线平缓，无较大扰动。

纵向上，视电阻率等值线呈低-高-低-高，随深度增加视电阻率逐步增大。深度0～10 m，视电阻率30～100 Ω·m，推测为第四系亚粘土和细中粗砂电性反映。在深度10～70 m，视电阻率50～100 Ω·m，推测为泥质灰岩。深度70～120 m，视电阻率70～120 Ω·m，推测为泥质灰岩与砾岩互层电性反映。在深度120 m以下，视电阻率大于100 Ω·m，推测为奥陶系灰岩电性反映，其中发育有溶洞，造成低阻异常。低阻区域为本次勘探的主要目的层位，其中富含有丰富的水资源。

在桩号70 m处，布设ZK003，孔深180 m，目的层为灰岩溶洞区域。将桩号70 m处视电阻率曲线提出，生成图4，测深曲线类型“H”型，在深度140～170 m，电阻率整体呈低阻反映，本次勘探目的层灰岩溶洞区域。钻孔ZK003在深度154 m处钻遇岩溶区，终孔孔深181 m，其中溶洞区深度为154～159 m，开展了抽水试验，计算出水量为40 m3/h。结论表明，本次CSAMT法参数选择得当，在浅层地下水勘探中取得了较好的探测效果。CSAMT法视电阻率反演拟断面图如图3。

图3 CSAMT法视电阻率反演拟断面图

图4 拟定井位电阻率曲线图

5 结论

钻孔ZK003在深度154 m处钻遇岩溶区，终孔孔深181 m，其中溶洞区深度为154～159 m，后期经两次降深抽水试验，求得水量为40 m3/h。结论表明，CSAMT法在地热等深部探测中发挥着巨大作用的同时，选择好合适参数，对于浅部的地下水探测也具有非常好的效果。对于一些探测深度100～300 m、高密度电法效果较差深度范围、电测深施工不便区域，利用CSAMT法是一种非常有效的勘探手段。