充电法及CSAMT法物探在玉龙温泉勘查中的运用分析

充电法及CSAMT法物探在玉龙温泉勘查中的运用分析

严军

（湖北省地质局第八地质大队）

【摘要】温泉区域地质构造相对较复杂，为解决深层地质问题，查明地质构造特征和地下水分布，通常先利用高精度工程物探方法进行地质调查，获取物探成果作为地热钻孔实施的前提和依据。本文以湖北省随州市洪山镇新阳玉龙温泉为例，通过充电法及CSAMT法物探方法的综合运用，来查明断裂带深部地质构造特征及地下水分布情况，为地热钻孔位布置提供依据。

【关键词】温泉；物探方法；断裂构造；地下水

1．前言

湖北省随州市洪山镇新阳玉龙温泉为湖北省著名温泉之一。该温泉位于襄广大断裂西段耿集—古井深断裂带上，属断层泉。温泉附近断裂构造发育：耿集—古井深断裂为一北西向逆掩断层，上盘为随县群浅变质岩，下盘为寒武—震旦纪沉积地层；三里岗—青岩头断裂为其分支断裂，二者在新阳交汇，其间分布狭长条带状白垩纪沉积砾岩。温泉正位于交汇处附近，与断裂构造密切相关。

温泉附近的随县群岩性为浅灰色变砂岩、绿泥绢云石英片岩；寒武—震旦纪沉积地层出露灯影组浅灰色厚层状状白云岩；天河板—石龙洞组深灰色薄—中厚层白云岩、泥质条带灰岩、炭质灰岩。钻孔中见有肉红色灰（白云岩）岩，可能在地下赋存有覃家庙组。

该温泉存在热泉出水口，水量约300t/d、水温约37.5°C，在大洪山温泉旅游开发运行中，发现该温泉水量、水温不能满足开发需要，须进一步查明断裂带深部地质构造特征及地下水分布情况，为地热钻孔位布置提供依据。该项目勘查过程中采用了充电法及CSAMT法物探方法。

2．测试原理及资料采集整理

2.1测试原理

充电法：分别以冷、热泉水出口为电源阳极，于2到3公里外布置电源阴极，以恒压电源供电。根据观测的等电位线可以判断地下水的流向,分别判断热泉泉水来源或通道。

CSAMT法：属人工源频率测深，是根据不同频率的电磁波在地下传播有不同的趋肤深度δ，通过对不同频率电磁场强度的测量就可以得到该频率所对应深度的地电参数，从而达到测深的目的。电磁波在地下传播的趋肤深度δ计算公式如下：

式中ρ为地层平均电阻率（Ω?m），f为电磁波频率（Hz）。

该方法的探测深度较大，兼有剖面和侧深的双重作用，因此具有如下优点：

第一，使用可控的人工场源，测量参数为电场与磁场—卡尼亚电阻率，增强了抗干扰能力，并减少地形影响；第二，利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深，提高了工作效率，一次发射可同时完成7个点的电磁测深；第三，探测深度范围大，一般可达1-2Km；第四，横向分辨率高，可以灵敏发现断层；第五，高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层。与MT和AMT法相同，CSAMT法也受静态效应和近场效应的影响，可以通过多种静态校正来消除静态效应的影响。

本次工作选用电偶极源CSAMT标量观测方式。它通过沿一定方向（设为X方向）布置的供电电极AB向地下供入某一音频f的谐变电流Ι=Ι0e-iωt(试中ω=2πf)，在一侧60度张角的扇形区域内，沿X方向布置测线，沿测线逐点观测相应频率的电场分量Ex和与之正交的磁场分量Hy，进而计算卡尼亚视电阻率和阻抗相位。

φz=φEx-φHy

式中，φEx、φHy为Ex和Hy的相位。μ是大地的磁导率，通常取μ0=4π×10-7H/m。在音频段（n×10-1～n×103Hz）逐次改变供电电流和测量频率，便可测出卡尼亚视电阻率和阻抗相位随频率的变化，从而得到卡尼亚视电阻率、阻抗相位随频率的变化曲线，完成频率测深观测。

2.2测线布置

根据温泉度假村建筑布局情况，充电法采用自由网布置（测量点位置以GPS实时跟踪定位），CSAMT法剖面尽力避开房屋，先施工1、2线（其中1线施工750米），根据地质资料分析后，将1、2线均向北东向延长600米，另布置与1、2线平行的3线（长600米）。测线布置采用广州中海达测绘仪器厂生产的HD5800型GPS双频一体化实时动态测量仪布设剖面，剖面方向55°。

2.3资料采集与整理

充电法采用重庆地质奔腾数控所研制的WDJD-3型多功能直流数字电测仪，该仪器具有数据计算和存储功能。充电法充电电极采用铜丝带浸入热泉采水井中。充电法以白龙池广场为中心，东、南、西、北方向各250米，总工作面积约250000m2。为方便工作采集数据，在建筑区选取花坛等接地良好部位，其余部位基本采取均匀布点方案。充电法资料根据各点测量坐标及测量电位，采用SURFER软件，进行网格化处理，绘制等电位图。

可控源音频大地电磁测深工作采用从加拿大凤凰公司引进的V8多功能电法仪进行勘探。该仪器分为硬件及软件部分，V8多功能电法仪主要特点是：可以发射大功率电流，增强信噪比；实行卫星同步。CSAMT法场源布设于新阳店西南方向8Km左右，场源坐标为：A(3495080.0000,681950.0000)、B(3494310.0000,680950.0000)，场源定位采用手持GPS定位。收发距r＞8km，测区位于场源的60°张角扇形区域。本次采取浇灌饱和盐水、增大电极接触面积等措施，以尽量减小接地电阻。场源布置避开高压线等干扰物。CSAMT法资料利用设备配套反演软件进行反演，得出各剖面视电阻率断面图。其整理流程如下：

3．数据分析与成果解释

3.1充电法

充电法电位异常特征：工作中以恒定电流（490～500mA）源供电，热泉井口为阳极。以实际材料图中无穷远极处自然电位为0mv计，测区内充电后测量点电位最大值＞380mv（位于热泉井口附近），最小值＜135mv（位于热泉井口南250米左右附近）。充电法电位等值线平面图（图一），电位等值线以热泉井口为最高电位向四周基本呈环状下降、衰减，向南降低最快（等值线较为密集），向西北方向降低最慢（等值线较为疏松）。值得注意的是：冷泉一带充电电位仍然较高。

结合现场地质调查，充电法电位异常特征解释如下：

（1）充电点位高电位基本反映地表或浅表层为震旦灯影组白云岩，北西向、北东向两条梯度带分别耿集—古井深断裂与本次推测断裂在地表的反映。

（2）充电电位于冷泉附近降低较慢，冷泉一带充电电位仍然较高，表明热泉与冷泉在浅表通过裂隙或溶隙混合。

（3）充电电位图中表现有向北东向突出的特征，表明较破碎白云岩下伏于随县群地层。

3.2CSAMT法

1线电阻率异常特征及解释：以1500点为界，剖面上大号与小号呈明显的电阻率分界，大号（北东向）部分浅表层中至高电阻率区域为随县群变质岩，呈不规则带状延伸，反映出随县群呈薄皮状产出；深部低电阻率带为断层带，伴随点圈状低阻，呈不规则带状低角度向北东向倾斜；剖面上小号（南西段）深部部分高阻区为寒武—震旦纪碳酸盐岩地层，偶有点圈状低阻，表明岩溶发育；至2200点附近向下碳酸盐岩大面积破碎充水为低阻区，可能为一高角度断层在该处通过。1600点附近，可见推测断层F3明显被推测断层F1上下错动（见图二）。

1线CSAMT法反演电阻率断面图（图二）

2线电阻率异常特征及解释：以1380点为界，右侧地表中高阻区域为随县群变质岩，呈不规则带状延伸，厚度百余米；1680—2120点附近出现高角度带状低阻区，为偏西高角度倾斜破碎带。随县群变质岩之下及左侧大部分区域为高阻区间点圈状低阻，与1剖面对应为寒武—震旦纪碳酸盐岩地层，点圈状低阻反映岩溶发育。随县群变质岩与寒武—震旦纪碳酸盐岩地层之间的低阻带为断层带。1650点附近，可见推测断层F3明显被推测断层F2上下错动（见图三）。

2线CSAMT法反演电阻率断面图（图三）

3线电阻率异常特征及解释：地表中高电阻率区域为随县群变质岩，呈不规则带状延伸，厚度百余米；其下为寒武—震旦纪碳酸盐岩地层破碎后形成的大片低电阻率区。说明整条剖面位于较为破碎岩层之中。特别是地表400米以下电阻率小于100Ωm，该部位地层岩性以Z2dn白云岩为主，推测地下水较为丰富（见图四）。

3线CSAMT法反演电阻率断面图（图四）

4．结束语

温泉断裂带区域由于构造条件复杂，须采用多种物探方法进行多方面判译和解释，才能提高物探工作的准确性，但是由于物探资料解释的多解性，为提高探测的准确性，须进行必要的工程钻探加以验证。本工程以物探资料为前提和指导，对拟布置钻探的位置进行优化，指导后续钻探工作的开展，解决了工程实际问题，节约了资源，获得了良好的效果，后期开发热泉，出水口水量约700t/d、水温达40°C，水量、水温均能满足温泉旅游开发的需要。

参考文献：

[1]中国海洋大学海洋地球科学学院，许艳，薛荣俊《工程物探在温泉区域断层调查的效果分析》

[2]湖北省地球物理勘察技术研究院，廖全涛《随州市洪山镇新阳温泉勘查物探工作报告》

[3]湖北省地质调查院区调遥感所，邓乾忠，彭练红等《襄樊-广济断裂构造特征及发展演化》

[4]中国建筑工业出版社，《工程地质手册》（第四版）

[5]化学工业出版社，李世风，金瞰昆，周俊杰《资源与工程地球物理勘探》

作者简介：

严军（1974-），男，本科，毕业于武汉理工大学土木工程专业，水文工程地质高级工程师，注册一级建造师、注册监理工程师、注册咨询工程师。现主要从事岩土工程勘察、设计和监理工作。工作单位：湖北省地质局第八地质大队。