电法在山区找水中的应用
2011-10-21姚腾飞杜炳锐
张 强 姚腾飞 杜炳锐
（1.成都理工大学，四川 成都 610059；2.中国石油天然气股份公司管道分公司，河北 廊坊 065000）
电法在山区找水中的应用
张 强1姚腾飞2杜炳锐1
（1.成都理工大学，四川 成都 610059；2.中国石油天然气股份公司管道分公司，河北 廊坊 065000）
文章对黑龙江省某山区地热资源普查工作区内地热地质基础条件进行了分析，并根据地热资源勘探部署要求，在测区开展可控源音频大地电磁测深（CSAMT）勘查工程。
山区；CSAMT
（一）地质条件
测区属低山区，中部及北部高，东南低。山峰最高标高764.6m，最低标高268m，相对高差90～460m。地貌按成因类型划分为构造地貌、流水地貌（见表1）。
表1 测区地貌情况
（二）气象、水文条件
本区属中温带大陆性气候，春季多风沙，夏季炎热多雨，冬季严寒。年平均气温3.5℃，每年的7月气温较高，最高达35℃，最低气温在1月，可达-40.9℃。年平均降雨量625.6mm，雨季集中在6月～8月。11月至翌年3月为结冻期。每年的4～10月适合野外作业。
区内主要河流为头道河及四道河。区内头道河河床宽6～20m，水深0.05～0.3m，一般流速0.1～0.5m/s，流量一般为0.9～1.9m3/s，由西北向东南流入二道河子；四道河河床宽5～20m，水深 0.1～0.25m，一般流速 0.2～0.5m/s，流量一般为0.7～1.6m3/s，由东北向西南流入二道河子。
本区大地构造单元为Ⅰ级兴安岭——内蒙地槽褶皱区，亚Ⅰ级小兴安岭——松嫩地块，Ⅱ级滨东隆起带，Ⅲ级玉泉断陷。
测区内断裂有山河林场—战家崴子断裂、北东向断裂、南北向断裂、火山断裂。
1.山河林场—战家崴子断裂
该断裂走向 330°，长 19km，断裂通过处形成沟谷或山鞍部，平面上呈舒绶波状，与航照线性影像吻合，断裂切过土门岭组，使较老岩层发生错动，北盘东移，南盘北移，其通过处岩石破碎，具弱糜棱岩化。断面上发育擦痕。
2.北东向断裂
以头道河子——大李店断裂为例。断裂平面上呈舒缓波状沿沟谷延伸，局部可见断层三角面，航照上见清晰的线状影像，总体走向18°，两端延入邻区，区内出露长17.5km。沿断裂不同时期的地质体呈直线状相接，断裂通过处岩石破碎，在大李店东形成宽逾 70m的破碎带，带内岩石具矽卡岩化，此断裂显多期活动性，兼具压扭及平移特点。
3.南北向断裂
此方向断裂为燕山运动生成的压性断裂系，以三楞山断裂为例。断裂北端被北东向断裂和北西向断裂所切，南端为北西向断裂所截，长4.0km，断裂通过处形成沟谷发育压碎岩。
4.火山断裂
此类断裂系伴随燕山期火山喷发作用形成的张性断裂组合，为火山作用产物。断裂围绕火山口，由一系列半环状的断裂组成。在航片上可见清晰的半环状线性影像，大部分与现代冲沟吻合，其中心多为火山锥，该断裂系多形成于草帽顶子期，表现为脆性破裂。岩石破碎程度较弱，规模小，位移不明显。
山河林场—战家崴子断裂性质属于张扭性断裂。其断裂面粗糙，附近可见疏松的角砾岩，两侧岩石破碎，为地下水赋存创造有利条件，故该方向断裂常形成地下水富集带。B22号孔即位于北西向断裂带上，岩石破碎、裂隙发育，水量较大（560.35m3/d）。断裂构造不仅能富集和储藏地下水，也是控制地热异常分布的因素之一，由断裂活动释放的热量也可使岩石增温，从而使其周围的温度增高。
测区位于松嫩东缘（Ⅲ级）火山喷发带内，燕山早期火山岩出露连续，分布较广。燕山期划分出横头山火山构造洼地、吊水湖火山构造洼地、三楞山火山构造洼地等 3个Ⅵ级火山构造，Ⅴ级火山构造28个，计有穹状火山26个、盾状火山2个。
（三）方法原理
由于天然场源的随机性和信号微弱，大地电磁法（MT）需要花费巨大精力来记录和分析野外数据。为克服MT法的这个缺点，加拿大多伦多大学教授 D.W.Strangway和他的学生Myron Goldstein提出了利用人工可控制场源的音频大地电磁法(CSAMT)。这种方法使用接地导线或不接地回线为场源，在波区测量相互正交的电、磁场切向分量（图1），并根据测量结果计算出卡尼亚电阻率及阻抗相位，该方法数据处理及资料解释均保留了AMT法的一些数据解释方法。
图1 CSAMT测量野外装置示意图
自20世纪70年代中期，CSAMT法得到实际应用，一些公司相继生产用于 CSAMT法测量的仪器和应用解释软件。进入80年代后，该方法的理论和仪器得到发展，应用领域也扩展到普查、勘探石油、天然气、地热、金属矿产、水文、工程、环境保护等各个方面，从而成为一种受人重视的地球物理方法。核地质系统近年来完成了上万个 CSAMT测深点，取得了较好的地质成果。
CSAMT法具有如下特点：工作效率高，利用一个偶极发射，可以在4个很大的扇形区域内测量（图2）；勘探深度范围大，考虑到主客观因素和目前的技术，CSAMT法的勘探深度为几十米到二三千米；垂向分辨率高： CSAMT法垂向分辨能力与多种因素有关，如果将要探测对象的厚度和埋深之比定义为垂向分辨率，那么它在 10%～20%；水平分辨率高，CSAMT法水平分辨率与收发距无关，约等于接收电偶极长度；地形影响小，由于观测值事实上作了归一化，因此地形影响大为减弱，且易于校正。
图2 CSAMT扇形区域图
对 180线剖面的电性特征进行综合分析，其直立低阻异常对应较好，在26点与27点之间，均呈钉子状，电阻率较低，100～501Ω·m，推断该直立低阻异常由岩石破碎冲水所引起，即由断裂破碎带所引起。
图3 180线剖面电性特征分析图
（四）结论
可控源音频大地电磁测深法虽然是一种人工场源的方法，但在工作区受村庄、高压线等的影响，局部地段的测量结果可能产生了与实际地质体无关的异常体,对解释结果的准确性增加了不稳定的因素。
P631.3
A
1008-1151(2011)05-0107-02
2011-04-15
张强，成都理工大学地球物理学院研究生，研究方向为应用地球物理学；姚腾飞（1983－），中国石油天然气股份公司管道分公司工程师。
