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1、张连发 朱向泰 穆建强,CSAMT信息处理技术在城市水源地地质勘查中的应用,CSAMT简介：CSAMT是可控源音频大地电磁（Controlled Source Audio Frequency Magneto-telluric）之简称。它是利用接地水平电偶源为信号源的一种频率域电磁测深法，它采用了大功率的人工场源，发射功率可选10Kw、30Kw.具有信号稳定、信噪比高、穿透能力强、探测深度大等特点。,自20世纪90年代，美国Zonge公司GDP16、32型及加拿大凤凰公司V6、V8等电法勘探系统逐渐引入国内。初始CSAMT技术主要应用于油气非地震勘探，主要研究盆地基底顶面起伏埋深、盖层结构及构造
2、展布规律等。2000年以来，CSAMT信息处理技术日臻成熟，在国家及地方重点基础设施建设工程地质勘查方面也得到了广泛应用，如高速公路、铁路隧道及坝址、库区、厂址、水源地等基础勘查。,本文主要从城市水源地地质勘查方面介绍CSAMT信息处理技术的应用效果。水资源是城市发展的基础性资源，城市是用水户最集中、用水强度最大、供水保证率和水质要求最高的区域。多年来，诸多城市频频出现水危机，水资源纷纷告急。开辟增加新的水源地维持城市水资源可持续供给成为城市发展规划的一项重要内容，水源地地质勘查工作也越来越受到重视。,1、CSAMT工作方法：仪器设备通常采用美国Zonge公司生产的GDP16、32型地球物理数
3、据采集系统，配套发射系统为30Kw大功率发射机组和发射机。数据采集系统具有8道接收能力，工作效率高、稳定性好。可采用一发一收或一发两收，以接收远场区信号为宜。收发距一般大于勘探深度的3 5倍，通常选取5-6公里，接收偶极距以接收到可靠信号为依据。供电极距AB一般为1500-2000米，接收偶极距MN通常为50-100米，采用赤道偶极装置，标量观测方式。,发射频率一般采用1、2、4、81024、2048、4096Hz等十几个频点。为提高信噪比，要尽量加大发射电流。频率在512Hz以下时，发射电流要大于16A。采集数据时要进行多次叠加，每个频点要不少于3次重复观测。同时要注意接收电极接地保证良好，
4、接地电阻应保持在1K左右。,2、CSAMT的信息处理2.1 干扰信号的剔除：主要是由于人为或天然因素出现的随机干扰信号，可直接进行剔除。2.2 电磁测深曲线的静态校正 由于浅部表层局部不均匀体表面积累电荷所形成的附加电场与激发场叠加造成观测结果畸变，其值与频率无关，会使视电阻率曲线向上或向下位移，而相位却保持不变。对移位了的视电阻率曲线进行校正，即为静态校正。K.L.Zonge曾导出了CSAMT视电阻率与相位之间的关系式（略），可对静态位移进行校正。,2.3 场源校正（非平面波校正）CSAMT是人工场源，为获得足够大的信号，收发距不可能太大，测量中接收到的信号包含远区信号、过渡区信号、近区信号
5、。反演结算采用的是远区信号，近区数据很少出现，过渡区信号需经改正后再利用，亦即校正非平面波影响。通常采用三角法进行过渡区校正。2.4 圆滑模型反演 利用二维圆滑模型（SCS2D）反演方法对CSAMT数据进行二维反演，SCS2D反演视电阻率与阻抗相位数据，确定模型的电阻率。反演过程中采用均方差来衡量数据拟合度及模型的粗糙度等，要求所得模型圆滑，数据拟合差最小。,2.5 相位信息处理技术 本例中，工程技术人员根据多年积累的理论基础和实践经验，针对工作目的开拓性地运用了CSAMT数据相位信息处理技术（参见3.2.3），求得了反映赋水区异常特征的地质体电性变化参数，非常有效地完成了勘查工作任务。,3、
6、勘查实例：CSAMT在河北省三河市燕郊开发区水源地质勘查中的应用效果,3.1 水源地地质特征 水源地地处燕山南麓冲洪积平原区，表层为第四系冲洪积物覆盖；下伏基岩主要为中晚元古代的蓟县系：岩性为白云岩、含燧石条带白云岩及白云质灰岩。古生代地层也有分布，其中寒武系岩性主要为砂岩、粉砂岩、泥岩、泥质灰岩等；奥陶系岩性主要为厚层灰岩；石炭系岩性主要是砂岩及煤系地层；以寒武系、奥陶系分布最广。基岩构造特征：表现为古潜山及NNE走向的单斜构造，NE及NNE向断裂构造发育。赋水区类型：第四系中的古河床及砂砾石层位；基岩剥蚀面、古潜山河谷；基岩区断裂带、溶洞或地下暗河。,3.2 CSAMT资料解释3.2.1
7、曲线类型的定性分析 电磁测深中，视电阻率测深曲线的形态可以反映电性层的垂向分布特征；其平面分布状态又可了解各电性层的三维分布特征；所以根据曲线类型的特征可以研究和划分地质构造单元。,工程实例中出现了两种曲线类型：（1）K型：图2类型中极小值点出现在较低频段内，首支视电阻率较低（30欧姆.米左右）对应了覆盖较厚第四系，且尾支曲线抬升时是下伏基岩的表现。其中极小值点突出部位即为二者间赋水型良好地带即赋水带。图3类型首支曲线类同，但尾支曲线为迅速抬升，此类型解释为较薄的第四系覆盖。K型曲线类型的总体分布，推断主要集中在古生代寒武或奥陶系灰岩及蓟县系白云岩、白云质灰岩地层分布区。,（2）KH型：图4类
8、型曲线特征为高-低-高的组合形态，推断主要分布在古生代石炭系地层区。其中第一层相对高阻解释为第四系覆盖且赋水性差；第二层低阻则为下伏基岩风化剥蚀面且具有较好的赋水性。,3.2.2 曲线类型的平面分布特征分析 综合各电磁测深剖面曲线及平面分布特征，可进一步勾绘断裂构造及划分地质单元，见图5。,各测深曲线类型出现平面分布变化代表了不同地质单元的分布特征，出现突变地带多为断裂构造的影响。各测点之低、中、高不同频段（如32Hz、64 Hz、128 Hz等）的视电阻率水平横切面图又可代表深部、中部、浅部不同深度的各地质单元的变化特征，可反映各地质时期的地质构造层的发生、发展及演化。对最终完成地质勘查工作
9、目的圈定有价值的赋水区域提供了可靠的基础资料成果地质填图。,3.2.3 相位信息处理技术 我们知道两个频率正弦量的相位差就等于初相位之差，它是一个不随时间变化的常数（k），这个常数随地质体传导条件的变化会产生相应的变化，为此，在本次勘查实例中采用4倍相位差处理技术求得k值：k=arctan(1+2)/(1-2)，再通过归一化和背景值处理技术形成异常图（见图6），可更直观地反映该水源地赋水区分布情况。,圈定的有望赋水区异常，经后期钻井施工，取得了很好效果。4、结论 本次CSAMT在城市水源地地质勘查，能够准确反映第四系覆盖层及基岩顶界面分布情况，能够确定隐伏断裂构造发育状况和划分地质构造单元。特别是应用相位信息处理技术能有效地圈定水源地赋水区异常分布状态，可为钻井工程快速提供靶位，做到有的放矢。该方法综合勘查成本低、快速高效，具有广阔的应用前景。,谢谢，再见,
