易秋清

（廣東中煤江南工程勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510440）

0 引言

地?zé)崾且环N自然資源，既可以做為一種清潔能源為人們提供熱源，也可以做為一種旅游資源進(jìn)行開發(fā)，提供醫(yī)療、溫泉服務(wù)和周邊休閑服務(wù)，特別是其他資源較為匱乏的地區(qū)，利用好地?zé)豳Y源往往會(huì)改變當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展模式。湖南省湘潭梅林地區(qū)為擴(kuò)大當(dāng)?shù)氐馁Y源開發(fā)力度，對(duì)該地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘查，以探明資源發(fā)布和可利用價(jià)值，以便為后續(xù)的開發(fā)提供依據(jù)，在此種情況下，我們利用多種物探方法對(duì)梅林地區(qū)進(jìn)行勘測(cè)，通過可控源音頻大地電磁法（CSAMT）剖面測(cè)量[1]，查明區(qū)內(nèi)控?zé)?、控水?dāng)嗔褬?gòu)造的空間分布，并據(jù)電阻率異常評(píng)價(jià)斷裂構(gòu)造的賦水性，為下一步鉆探提供依據(jù)。

1 湘潭梅林地區(qū)的地質(zhì)概況

湘潭梅林勘查區(qū)位于湖南東北部，在勘查區(qū)內(nèi)廣泛分布著中元古界冷家溪群和上元古界板溪群地質(zhì)，但在部分區(qū)域內(nèi)也有泥盆統(tǒng)跳馬澗組外露，這些情況都說(shuō)明該地區(qū)地層比較古老[2]。同時(shí)該地區(qū)也存在第四系（Q）沉積物發(fā)育，沉積物厚道為1 m～49.5 m，大致分為2層，上層為棕紅色、磚紅色網(wǎng)紋狀黏土、粉質(zhì)黏土，下層為砂礫石層。

通過對(duì)既往地質(zhì)調(diào)查報(bào)告的研究，發(fā)現(xiàn)梅林勘查區(qū)夾持于長(zhǎng)沙-株洲-雙牌與連云山-雙牌2個(gè)斷裂之間，并屬于長(zhǎng)沙-株洲-雙牌斷裂的一部分，而長(zhǎng)沙-株洲-雙牌斷裂帶屬于地?zé)岙惓^(qū)域，連云山-雙牌在地質(zhì)構(gòu)造上呈現(xiàn)產(chǎn)狀陡立，長(zhǎng)沙-株洲-雙牌斷裂為基底斷裂，規(guī)模、延深大，斷裂帶整體傾向東南，傾角度大約為65°。

2 湘潭梅林地區(qū)的地質(zhì)電性特征

根據(jù)物探與地質(zhì)資料綜合顯示，梅林地區(qū)巖土大致分為3種，分別是淺表第四系殘坡積層、元古界完整變質(zhì)巖和切割元古界地層[3]。這3種地質(zhì)巖層其電性特征存在著較大的差異，淺表第四系殘坡積層屬于低阻體巖層，其電阻率多數(shù)小于3.3 kΩ/·m;元古界完整變質(zhì)巖屬于高阻體巖層，其電阻率在2.0 kΩ·m～6.0 kΩ·m;切割元古界地層的充水?dāng)嗔眩ㄆ扑椋儆谥?低阻體巖層，其電阻率一般為0.2 kΩ·m～1.3 kΩ·m針對(duì)梅林地區(qū)地質(zhì)電性特征，認(rèn)為可控源音頻大地電磁測(cè)深（ CSAMT）法是最適合在該地區(qū)進(jìn)行探測(cè)的物探法，因?yàn)榭煽卦匆纛l大地電磁深法就是利用不同深度的地下電阻率所呈現(xiàn)的變化特征來(lái)推斷深部隱伏斷裂構(gòu)造的空間分布。另外該地區(qū)內(nèi)低阻的殘坡積土在地層上部，深度較淺垂直厚度較小，對(duì)后續(xù)地層內(nèi)部斷裂帶加推斷不會(huì)產(chǎn)生干擾。

3 梅林地區(qū)物探野外工作

3.1 可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）物探的優(yōu)勢(shì)

可控源音頻大地電磁測(cè)深（ CSAMT） 為人工源頻率測(cè)深方法，與其他物探方法相比其優(yōu)勢(shì)在于勘測(cè)深度深、勘測(cè)清晰率高和受高電阻率屏蔽作用少，另外該物探法在勘測(cè)過程中工作效率高，費(fèi)用較低[4]。

3.2 野外工作布置

梅林地區(qū)勘測(cè)的野外工作主要由2個(gè)部分組成：1）對(duì)野外測(cè)點(diǎn)的布置。2）利用使用可控源音頻大地電磁測(cè)儀器在測(cè)點(diǎn)進(jìn)行物理探測(cè)。這2部分野外工作中使用的儀器分別是華測(cè)天驕X90型RTK GPS和美國(guó)Zonge公司生產(chǎn)的GDP-32Ⅱ多功能電法儀。這些儀器都具有十分優(yōu)良的性能，華測(cè)天驕X90設(shè)備使用便捷，綜合性能強(qiáng)，在野外電磁抗干擾能力強(qiáng)，被廣泛的應(yīng)用于物探作業(yè)中。

3.2.1 野外測(cè)點(diǎn)布置與測(cè)量

綜合對(duì)梅林地區(qū)既有地質(zhì)資料的研究和GDP-32Ⅱ多功能電法儀的工作特性，布置了2條物探測(cè)線橫貫勘測(cè)區(qū)域，2條勘測(cè)線布置時(shí)垂直于長(zhǎng)沙-株洲-雙牌與連云山-雙牌2個(gè)斷裂構(gòu)造走向，兩條勘測(cè)線走向夾角為121°。L10線長(zhǎng)2.4 km，L20線長(zhǎng)1.6 km，點(diǎn)距40 m。測(cè)點(diǎn)定位為220個(gè)，點(diǎn)位周邊檢查點(diǎn)15個(gè)，檢查率5.8%，測(cè)點(diǎn)水平位置誤差控制在0.15 m以內(nèi)，垂直誤差控制在0.10 m以內(nèi)，相鄰測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距誤差控制在0.35%以內(nèi)。

工作區(qū)域測(cè)點(diǎn)布置執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《地質(zhì)調(diào)查GPS測(cè)量規(guī)程》（DD 2004—03）、《物化探工程測(cè)量規(guī)范》（DZ/T 0153—95）[5]。布置過程中采用華測(cè)天驕X90型RTK GPS來(lái)布設(shè)測(cè)點(diǎn)。

在使用華測(cè)天驕X90測(cè)量時(shí)，工作隊(duì)將基站設(shè)置在附近的山頂，這樣勘測(cè)地區(qū)上空沒有遮擋，可以達(dá)到360°視角的觀測(cè)目的，因?yàn)榛咎幱谏巾?，所以距離周圍山體障礙物比較遠(yuǎn)，GPS信號(hào)和數(shù)據(jù)通信信號(hào)強(qiáng)，干擾比較少，有效地保證了數(shù)據(jù)通信的暢通。同時(shí)根據(jù)該儀器作業(yè)距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，將流動(dòng)站設(shè)置在與基準(zhǔn)站相距15 km～20 km的有效控制半徑。在測(cè)點(diǎn)時(shí)我們按照設(shè)計(jì)的測(cè)線方位、測(cè)點(diǎn)距和測(cè)線距，計(jì)算出各測(cè)線、測(cè)點(diǎn)的北京54坐標(biāo)值，由計(jì)算機(jī)傳輸給GPS；野外測(cè)量時(shí)逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)放樣，并按順序?qū)⒎艠狱c(diǎn)坐標(biāo)和高程，存儲(chǔ)于儀器內(nèi)，再用木樁、彩旗標(biāo)記測(cè)點(diǎn)。如果遷站過程中衛(wèi)星失鎖，則在前一測(cè)點(diǎn)上重新進(jìn)行初始化后再遷站。然后利用華測(cè)天驕X90GPRS通信模塊，將測(cè)量所得的GPRS數(shù)據(jù)鏈在RTK GPS上的全部記錄，測(cè)點(diǎn)定位采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分法，二維平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換法[6]。將T14、T15、T17 3個(gè)控制點(diǎn)的西安 80 坐標(biāo)值輸入GPS中，GPS的內(nèi)置程序可自動(dòng)求解。

3.2.2 可控源音頻大地電磁測(cè)深的野外工作

該可控源音頻大地電磁測(cè)深使用的是 GDP-32 Ⅱ多功能電法儀，該儀器系統(tǒng)主要由接收機(jī)、GGT-30發(fā)射機(jī)、XMT-32S同步機(jī)和發(fā)電機(jī)等組成； GGT-30型發(fā)射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：工作頻率：8 kHz；最大輸出功率為30 kW；最大輸出電流為45 A；最高輸出電壓為1 000 V；關(guān)斷時(shí)間 ≤125 μs；穩(wěn)流精度為0.2%。XMT-32S型同步機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：時(shí)鐘準(zhǔn)確度：＜5×10-10/24 h，占空比為50%或100%；時(shí)間頻率范圍為1 024 Hz～8 192 Hz；溫度范圍為-40 ℃～60 ℃。ANT 6型磁探頭主要技術(shù)參數(shù)：工作頻率：0.1 Hz～10 000 Hz；靈敏度為250 mV/nT[7]。

可控源音頻大地電磁測(cè)深工作裝置采用赤道偶極裝置標(biāo)量測(cè)量方式，裝置示意圖如圖1所示。

圖1 CSAMT標(biāo)量測(cè)量裝置示意圖

這次可控源音頻大地電磁測(cè)深野外工作執(zhí)行《可控源聲頻大地電磁法勘探技術(shù)規(guī)程》（SY/T 5772 —2002）的相關(guān)要求。

在野外勘測(cè)工作前使用GDP-32Ⅱ儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)過程中將內(nèi)部校準(zhǔn)電壓設(shè)為1 V，6個(gè)通道的電壓幅值為0.9958 V～1.0005 V，與輸入電壓的偏差小于0.005 V；6個(gè)通道之間的相位差在低頻段小于0.002°。這說(shuō)明儀器性能正常，其6個(gè)通道的工作性能一致性很好）。同時(shí)對(duì)勘測(cè)系統(tǒng)也進(jìn)行全面檢查，系統(tǒng)檢查從RPIP（激發(fā)電位程序）開始。

在正式開始勘測(cè)前，要先對(duì)接收機(jī)和 XMT-32S 進(jìn)行同步調(diào)節(jié)，然后預(yù)熱1 h，為確保不極化電極接地電阻小于2 kΩ，我們?cè)跍y(cè)點(diǎn)的電極坑清除了坑內(nèi)的碎石，將電極底部向下放入測(cè)點(diǎn)坑的中部，四周放入土壤壓實(shí)并在坑內(nèi)灌入一定量的飽和食鹽水。測(cè)量時(shí)，將接收機(jī)安置在據(jù)ANT/6型磁探頭8 m的位置，同時(shí)在測(cè)點(diǎn)5 m范圍內(nèi)設(shè)置隔離帶，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入測(cè)試區(qū)域，風(fēng)力較大時(shí)采取墊平、掩埋等措施，減小了探頭震動(dòng)。電極連線和磁棒連線沿地壓實(shí)鋪設(shè)，防止了晃動(dòng)干擾。磁探頭定向采用森林羅盤，保證定向準(zhǔn)確度達(dá)1°。相鄰2個(gè)測(cè)點(diǎn)的距離為40 m?？睖y(cè)時(shí)接收機(jī)與GGT-30發(fā)射機(jī)之間的距離控制在10 km左右；供電偶極子AB2點(diǎn)之間為1 323 m；且采用遠(yuǎn)場(chǎng)觀測(cè)電偶極子AB垂直平分線兩側(cè)20°角扇形范圍內(nèi)。測(cè)量電偶極距為40 m。在測(cè)試時(shí)將電源限頻濾波器的檔位設(shè)置在50/5處，并采用50/5濾波器壓制50 Hz的5次諧波干擾；在測(cè)試時(shí)將電磁場(chǎng)的發(fā)射和觀測(cè)點(diǎn)從高頻至低頻，工作頻率范圍為16 Hz～8 192 Hz，采用加密頻點(diǎn)，f=2nHz（n=0、1、2、…13）（f=2n為加密頻點(diǎn)頻率的取值函數(shù)）進(jìn)行，發(fā)射電流：低頻段為11 A，中高頻段>8 A；高頻段>6 A；測(cè)試時(shí)選擇在20:00到次日05:00之間外界干擾較小的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行，一般情況下每個(gè)頻點(diǎn)觀測(cè)3次，在日間測(cè)試時(shí)因?yàn)橄鄬?duì)干擾較大，通常觀測(cè)4次或更多，并要進(jìn)行前后對(duì)比，從中選擇最優(yōu)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。疊加次數(shù)為 128～16 384次。

為提高勘測(cè)的準(zhǔn)確性我們又增加音頻大地電磁法（AMT）測(cè)深點(diǎn)58個(gè)。在音頻大地電磁法（AMT）測(cè)線按照CSAMT測(cè)量的10號(hào)和20號(hào)測(cè)線，其測(cè)點(diǎn)也是在CSAMT測(cè)量的點(diǎn)位，但是音頻大地電磁法（AMT）使用的頻率10 Hz～10 000 Hz，同時(shí)采集10號(hào)和20號(hào)測(cè)線兩電場(chǎng)分量，為確保測(cè)點(diǎn)定位準(zhǔn)確，使用高精度手持 GPS儀逐點(diǎn)展開，并將定點(diǎn)誤差控制在3.5 m以內(nèi)。確定電極方位是使用精度較高的森林羅盤儀完成的，角度誤差控制在1.2%以內(nèi)。測(cè)量使用的電極就是CSAMT測(cè)量不極化電極。

3.3 勘測(cè)質(zhì)量檢查及評(píng)價(jià)

該次工作實(shí)測(cè)物理點(diǎn)100個(gè)，質(zhì)檢點(diǎn)6個(gè)，質(zhì)檢率6%?？偩较鄬?duì)誤差11.96%，平均相對(duì)誤差眾值3.23%；誤差中約95%的數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差≤5.0%，說(shuō)明絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)是優(yōu)秀的，只有少數(shù)頻點(diǎn)數(shù)據(jù)一致性相對(duì)較差，這是工區(qū)旁側(cè)的高壓線和電線造成的。增加音頻大地電磁法（AMT）測(cè)深點(diǎn)58個(gè)，是整個(gè)勘測(cè)點(diǎn)的58%，基本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)CSAMT測(cè)量數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。由于音頻大地電磁法（AMT）測(cè)試時(shí)利用的是天然電磁場(chǎng)，該天然電磁場(chǎng)因?yàn)轭l帶寬、信號(hào)弱和極化方向隨機(jī)因此其極易受到其他電磁波的干擾，音頻大地電磁法（AMT）使用的頻率為0.1 Hz～10 000 Hz，在小于10 Hz的頻率極易受到太陽(yáng)風(fēng)磁場(chǎng)的干擾，而大于10 Hz又基本上與自然雷電的電磁頻率相當(dāng)，因此音頻大地電磁法（AMT）的干擾基本來(lái)自于太陽(yáng)風(fēng)和雷電，為降低自然界對(duì)大地電磁的干擾，我們基本將測(cè)試時(shí)間設(shè)置在夜間和凌晨。

4 室內(nèi)數(shù)據(jù)分析

室內(nèi)數(shù)據(jù)分析，就是將野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)去噪和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將*.raw數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為反演的數(shù)據(jù)文件*.avg。

4.1 數(shù)據(jù)的整理

由于是依靠地層的電阻率來(lái)探測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而電阻率在接受時(shí)存在突變點(diǎn)，在接收?qǐng)D像上表現(xiàn)為上下跳動(dòng)狀、鋸齒狀干擾曲線，所以首先須對(duì)阻抗相位進(jìn)行+π或-π的改正，使接收?qǐng)D像呈現(xiàn)光滑和有規(guī)律的曲線，并采用可控源音頻大地電磁法（CSAMT）實(shí)時(shí)系統(tǒng)軟件，利用“任意頻點(diǎn)任意區(qū)間（常見值，測(cè)深平移）”的方式靜校效果較佳，靜校主頻率選在2 882 Hz～8 192 Hz。反演采用美國(guó)ZONGE公司SCS2D軟件。通過反復(fù)對(duì)比試驗(yàn)得到：采用不同的濾波方式反演所表現(xiàn)的效果是不同的，采用“2D moving average of data”濾波方式反演更能突出巖體構(gòu)造形態(tài)。

4.2 結(jié)果分析

經(jīng)過反復(fù)推演得出在電阻率斷面深度100 m以上淺層，電阻率一般小于200 Ω·m，是對(duì)淺水面以及水面上方風(fēng)化層的反映。隨著深度加大，電阻率逐漸升高，至深度1 000 m時(shí)電阻率達(dá)2 000 Ω·m以上，這是對(duì)元古界變質(zhì)巖層的反映[8]。

在深度200 m之下，橫向上看，高阻背景圖像上存在一些串珠狀或“凹型”低阻異常帶，延深和規(guī)模較大，電阻率明顯較兩側(cè)的電阻率低，一般為200 Ω·m～400 Ω·m。據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，這些低阻異常是由于切割元古界變質(zhì)巖層的斷裂破碎帶充水導(dǎo)致的[9]。串珠狀或“凹型”低阻異常帶一般可作為推斷斷裂破碎帶的依據(jù)。

地下水電阻率一般100 Ω·m，斷裂破碎帶因賦水程度的不同而表現(xiàn)出不同的電阻率特征，賦水豐富，電阻率低，反之則高。基于上述分析可知，F(xiàn)1較F2（F1為長(zhǎng)沙-株洲-雙牌斷裂，F(xiàn)2為連云山-雙牌F2斷裂）賦水性總體好，而且在F1延深至標(biāo)高-1800 m時(shí)賦水依然豐富。

依據(jù)解釋推斷原則，對(duì)CSAMT和AMT 2種方法形成的電阻率斷面進(jìn)行綜合斷裂構(gòu)造解釋推斷。F1線號(hào)為10點(diǎn)號(hào)1920處電阻率在200 Ω·m～400 Ω·m，為等值線“凹”型相對(duì)低阻異常延深大于2 000 m，傾向北西西。F2線號(hào)為10和20點(diǎn)號(hào)2520處電阻率在300 Ω·m～1300 Ω·m，為等值線“凹”型相對(duì)低阻異常延深大于2 000 m，產(chǎn)狀陡立，傾角為（90±3）°。

5 結(jié)論

通過在測(cè)區(qū)內(nèi)開展CSAMT、AMT測(cè)量，以“查明區(qū)內(nèi)深度2 000 m以淺的斷裂破碎帶空間分布長(zhǎng)沙-株洲-雙牌與連云山-雙牌2個(gè)斷裂2條斷裂的空間位置、地質(zhì)要素。長(zhǎng)沙-株洲-雙牌由單測(cè)線、兩種物探方法控制，其延深大于2 000 m，傾角為80°左右，解釋推斷可靠；連云山-雙牌由2條測(cè)線、2種物探方法控制，延深大于2 000 m，產(chǎn)狀陡立，107國(guó)道兩側(cè)的數(shù)據(jù)受電線影響，導(dǎo)致該段內(nèi)連云山-雙牌的解釋推斷可信度較長(zhǎng)沙-株洲-雙牌降低。長(zhǎng)沙-株洲-雙牌斷裂為控?zé)?、控水?dāng)嗔眩潆娮杪试?00 Ω·m～400 Ω·m表明斷裂面巖石破碎程度高，賦水豐富，值得鉆探驗(yàn)證。

建議在10線在1700測(cè)點(diǎn)處布置1查證鉆孔，孔深2 100 m。通過對(duì)梅林地區(qū)勘測(cè)資料與其他地區(qū)地?zé)峋嘟Y料的分析，認(rèn)為將梅林地區(qū)將鉆孔500 m以下作為取水段，能保證每天500 m3的水量；在深度800 m以下，溫度應(yīng)該達(dá)到40 ℃。

在這次勘測(cè)過程中采用可控源音頻大地電磁法CSAMT數(shù)據(jù)和AMT數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理及反演，長(zhǎng)沙-株洲-雙牌斷裂帶為控?zé)帷⒖厮當(dāng)嗔?，這與研究該地區(qū)既有的地質(zhì)資料相吻合，在勘測(cè)中使用了AMT 測(cè)量技術(shù)，AMT測(cè)量使用的是天然場(chǎng)源，無(wú)須建立人工場(chǎng)，具有不受高阻屏蔽層影響、探測(cè)深度大的優(yōu)勢(shì)，但是又存在信號(hào)弱、極化方向隨機(jī)和易受干擾等缺點(diǎn)，因此勘測(cè)中使用的是可控源音頻大地電磁法CSAMT數(shù)據(jù)和AMT數(shù)據(jù)，使兩者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，并且兩者的測(cè)試數(shù)據(jù)可以相互驗(yàn)證，提高的勘測(cè)的準(zhǔn)確性。