CSAMT法在泰安市淺層地下水調(diào)查中的應(yīng)用

王士黨

（山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，山東 泰安 271000）

在水文地質(zhì)調(diào)查工作中，物探作為先行軍，為不可或缺的重要組成部分。含水層與圍巖的電性差異，是電法開(kāi)展工作的前提及基礎(chǔ)。對(duì)埋深較淺的水文調(diào)查物探工作，方法主要有瞬變電磁法、高密度電法、電測(cè)深、可控源音頻大地電磁法等。

直流電法因抗干擾能力強(qiáng)、原理成熟、分析解釋相對(duì)簡(jiǎn)單便捷等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于淺層地下水調(diào)查工作，其中高密度電法主要應(yīng)用于深度150 m以上的含水[1-2]，電測(cè)深主要應(yīng)用于深度500 m以上。瞬變電磁法采集的是二次場(chǎng)數(shù)據(jù)，主要應(yīng)用于煤礦等地形復(fù)雜、接地條件較差的富水區(qū)探測(cè)[3-4]。可控源音頻大地電磁法由于其頻點(diǎn)可手動(dòng)調(diào)節(jié)，可有效避開(kāi)50 Hz干擾段，主要用于探測(cè)深度100～1300 m巖性變化及富水性[5]。

本次勘探目的層位于地下150～200 m，由于廠區(qū)及河流等障礙物，常規(guī)電法及高密度電法無(wú)法布設(shè)測(cè)線，因此本次工作選用CSAMT法進(jìn)行探測(cè)。

1 地質(zhì)概況及物性特征分析

勘探區(qū)位于泰安市岱岳區(qū)范鎮(zhèn)，牟汶河流域，地形平坦，地表為第四系覆蓋，第四系下為寒武系上統(tǒng)鳳山組灰?guī)r，灰?guī)r具有發(fā)育溶洞，巖溶發(fā)育具不均勻性，富水區(qū)域?yàn)閿嗔鸦騼蓚?cè)強(qiáng)巖溶發(fā)育帶。

正常地層灰?guī)r電阻率相對(duì)較高，約為50～500 Ω·m，灰?guī)r溶洞由于充填淤泥或地下水，整體呈低阻反映。利用巖溶地段與完整基巖的電性差異，是開(kāi)展電法工作地球物理前提。

2 工作方法

CSAMT法是由大地電磁法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的方法技術(shù)，采用大功率的人工場(chǎng)源，彌補(bǔ)觀測(cè)信號(hào)弱的缺點(diǎn)。發(fā)射供電后，接收機(jī)通過(guò)測(cè)量沿發(fā)射方向的電場(chǎng)（Ex）與垂直發(fā)射方向的（Hy）分量，進(jìn)而計(jì)算卡尼亞電阻率[6-9]。

式中：f代表頻率；ρs代表卡尼亞電阻率。根據(jù)電磁波的趨膚效應(yīng)理論，導(dǎo)出有效深度公式：

式中：H為探測(cè)深度；ρ為電阻率；f為頻率。

3 野外施工方法

本次勘探工作選用儀器為加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8多功能電法工作站，主要包含發(fā)射機(jī)與接收機(jī)，利用其儀器自帶的GPS進(jìn)行時(shí)鐘同步，確保采集數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

測(cè)量采用中央子午線為117°，高斯3°帶投影，坐標(biāo)系為2000坐標(biāo)系，4條勘探線測(cè)點(diǎn)全部使用RTK的放樣、采集，并采用木筷、塑料袋、記號(hào)筆等在實(shí)地制作做好標(biāo)記。由于地表多為第四系覆蓋，勘探目的層深度為150～200 m，工作頻率范圍為5～9600 Hz，頻點(diǎn)間隔均勻分布，避開(kāi)50 Hz工頻及其倍頻頻點(diǎn)。收發(fā)距依據(jù)探測(cè)深度、測(cè)區(qū)大地電阻率、信噪比等因素確定。在保證一定的信噪比前提下，收-發(fā)距r應(yīng)盡可能滿足遠(yuǎn)區(qū)測(cè)量條件。r通常按目標(biāo)體最大埋深Hmax的4倍以上，本次勘探深度約為300 m。本次選取收發(fā)距為5.6 km，曲線完全在遠(yuǎn)區(qū)。發(fā)射偶極距AB長(zhǎng)度為1.2 km，振幅-頻率響應(yīng)曲線圓滑，畸變頻點(diǎn)較少。

圖1 CSAMT法工作裝置示意圖

圖2 CSAMT法測(cè)線布置圖

4 資料處理解釋

完成可控源大地電磁測(cè)深測(cè)線4條，物理點(diǎn)102點(diǎn)，質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)5個(gè)（占4.90%），總物理點(diǎn)107個(gè)。全區(qū)卡尼亞電阻率和阻抗相位總均方相對(duì)誤差分別為±2.21%和±3.12%。

其中L3測(cè)線剖面全長(zhǎng)520 m，測(cè)線方位角為0°，測(cè)線點(diǎn)號(hào)由南往北逐步增大。圖中電阻率為取對(duì)數(shù)后數(shù)值。

橫向上，視電阻率等值線呈水平層狀，視電阻率曲線平緩，無(wú)較大擾動(dòng)。

縱向上，視電阻率等值線呈低-高-低-高，隨深度增加視電阻率逐步增大。深度0～10 m，視電阻率30～100 Ω·m，推測(cè)為第四系亞粘土和細(xì)中粗砂電性反映。在深度10～70 m，視電阻率50～100 Ω·m，推測(cè)為泥質(zhì)灰?guī)r。深度70～120 m，視電阻率70～120 Ω·m，推測(cè)為泥質(zhì)灰?guī)r與礫巖互層電性反映。在深度120 m以下，視電阻率大于100 Ω·m，推測(cè)為奧陶系灰?guī)r電性反映，其中發(fā)育有溶洞，造成低阻異常。低阻區(qū)域?yàn)楸敬慰碧降闹饕康膶游?，其中富含有豐富的水資源。

在樁號(hào)70 m處，布設(shè)ZK003，孔深180 m，目的層為灰?guī)r溶洞區(qū)域。將樁號(hào)70 m處視電阻率曲線提出，生成圖4，測(cè)深曲線類型“H”型，在深度140～170 m，電阻率整體呈低阻反映，本次勘探目的層灰?guī)r溶洞區(qū)域。鉆孔ZK003在深度154 m處鉆遇巖溶區(qū)，終孔孔深181 m，其中溶洞區(qū)深度為154～159 m，開(kāi)展了抽水試驗(yàn)，計(jì)算出水量為40 m3/h。結(jié)論表明，本次CSAMT法參數(shù)選擇得當(dāng)，在淺層地下水勘探中取得了較好的探測(cè)效果。CSAMT法視電阻率反演擬斷面圖如圖3。

圖3 CSAMT法視電阻率反演擬斷面圖

圖4 擬定井位電阻率曲線圖

5 結(jié)論

鉆孔ZK003在深度154 m處鉆遇巖溶區(qū)，終孔孔深181 m，其中溶洞區(qū)深度為154～159 m，后期經(jīng)兩次降深抽水試驗(yàn)，求得水量為40 m3/h。結(jié)論表明，CSAMT法在地?zé)岬壬畈刻綔y(cè)中發(fā)揮著巨大作用的同時(shí)，選擇好合適參數(shù)，對(duì)于淺部的地下水探測(cè)也具有非常好的效果。對(duì)于一些探測(cè)深度100～300 m、高密度電法效果較差深度范圍、電測(cè)深施工不便區(qū)域，利用CSAMT法是一種非常有效的勘探手段。