地熱勘察中CSAMT的應用解析

■劉偉 陳磊

（江西贛南地質工程院 江西贛州 341000）

地熱勘察中CSAMT的應用解析

■劉偉 陳磊

（江西贛南地質工程院 江西贛州 341000）

地熱能源的勘探方式有很多，本文介紹可控源音頻大地電磁測深技術，該技術在勘探地熱能源中廣泛應用，在勘探中具有十分重要的意義。

地熱 勘探 CSAMT

可控源音頻大地電磁測深 (Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics，簡稱CSAMT)是通過以接地水平電偶源來作為信號源來進行勘探的一種電磁探測法。該探測法是由大地電磁測深法演變而來的，以音頻作為工作頻率，將人工磁場激發(fā)頻率諧變，用來彌補天然磁場能量的不足。該探測法探測深度大、數據準確度高和成本低廉等優(yōu)點。近年來被廣泛應用于地熱田勘探工程中。

1 CSAMT的基本原理

CSAMT的發(fā)展與展望：

大地的電磁場波動頻率范圍通常是n*10-4-n*103HZ，這個頻率很低很低，所以大地電磁波測深法MT的勘探深度往往可以達到數十公里甚至上百公里，在深度探測領域得到了很大應用。

在大地電磁測深技術的基礎上，逐漸發(fā)展形成一種音頻大地電磁測深法AMT。AMT的施工探測方式、探測參數和MT基本相同。它的探測工作頻率相比MT的頻率要高，所以探測深度在幾十米到幾千米，符合人類對這一深度電磁探測的需求。但是在MT的音頻波段內，天然電磁場強度比較弱，人文干擾強度相對較大，而AMT探測法的信噪比較低。

為了解決上述困難，二十世紀七十年代初，多倫多大學教授D. W.Strangway和他的學生提出了一種基于AMT探測法，采用人工供音頻電流形成的電磁場進行探測的測量方式。這種探測方式能夠很好的控制頻率、場強和磁場方向，所以這種方式被命名為可控源音頻大地電磁法CSAMT。

二十世紀八十年代中期，CSAMT接收系統正式被加拿大鳳凰公司研制出來。并在隨后幾年改進了軟硬件設施，推出了各種型號的發(fā)射機和接收機。

CSAMT法的發(fā)射源通常分為電性源和磁性源。目前應用最廣泛的是電性源，該方式沿著某個方向定向安置長度為1-2km的導線，向地下供入特定頻率的交變電流，形成需要的交變磁場。交變電流頻率的變化影響磁場變化，不同頻率下的磁場探測能夠達到的探測深度不同。主要用于固體礦產探測，地下氣體探測和熱能地熱田的探測。

2 CSAMT應用中的常見問題

2.1 收發(fā)距離與收發(fā)頻率選擇

在地表鋪設一定長度的導線，并在導線兩端供以正弦波交變電流。導線附近或產生交變電磁波并向四周輻射。通常傳播形式有三種，分別是天波形式、地層波形式和地面波形式。我們通常使用的波長較長，所以選擇地面波和地層波進行分析討論。由于電磁波在地層中和空氣中的傳播波長不同，空氣中的波長較長，所以在地面波和地層波的傳播過程中，由于波程的差別，在地面形成一種接近水平的波陣面，并垂直向下傳播。傳播中與地下天然電磁場發(fā)生電磁作用，并把相互作用結果反饋回地面觀測點。這就成為CSAMT探測法解決地質探測的基礎前提。

2.2 近場校正方法

CSAMT探測法在低頻率探測時，探測到的電磁場信號一般是屬于過渡區(qū)場或者近區(qū)場信號，必須作非波區(qū)場的校正。

2.3 趨膚深度的討論

在使用CSAMT探測法工作過程中，必須根據地質情況和勘探任務來估算目標深度，選擇合適的收發(fā)距，所以需要從理論上討論電磁波的有效穿透深度（趨膚深度）。

2.4 靜態(tài)校正的應用

靜態(tài)效應指的是因為地表的電阻率在橫向上分布的不均勻，引起電荷的積累效應。靜態(tài)效應可能會使層厚度或者測深曲線的電阻率導致對一維定量的解釋變得困難。如果無法提前發(fā)現其影響，可能會將靜態(tài)效應誤判斷為垂向延伸異常體或者陡立深大斷裂。所以必須對靜態(tài)效應進行校正，減小甚至消除其影響。

2.5 假極值問題

在CSAMT探測方法中，如果有低阻覆蓋層存在于高阻之上的，那么實際觀測中，通常會發(fā)現視電阻率的曲線在升高之前，會出現一次向下俯，然后迅猛爬升的現象。我們把這種現象稱為假極值現象。目前該現象無法用簡單函數進行表達，也無法進行校正，只能通過特定手段減小其影響。

3 應用案例

東崗橋這一地區(qū)位于江西省的南昌市，江西省地跨兩大構造單元，而東崗橋正處于兩大單元的結合帶。該地區(qū)地質構造相對復雜，斷裂帶高度發(fā)育。該區(qū)域地形多為丘陵崗阜，地貌特征呈現層狀，辮流發(fā)育。同時該地區(qū)地層的導熱性能很差，大大減少了地層深部的熱量散失。該區(qū)域地底深部有非常厚的碳酸鹽巖地層，對于地熱水的儲集十分有利。以上資料表明該地區(qū)具有良好的地熱開發(fā)前景。

東崗橋地區(qū)的地熱勘探工作采用可控源音頻大地電磁測深法進行地質勘探。CSAMT探測法是基于MT和AMT的基礎上完善的探測方式，兼具兩種方法的大部分優(yōu)點，同時又有諸多獨有技術。該方法用特定長度的電偶極子作場源，在偶極中心附近距離同時觀測磁場參數和電場參數。針對MT在音頻頻段的信號微弱問題，和信號的隨機性問題，在大地電磁法的基礎上改進完善。采用人工可控的場源作發(fā)射源，加強地層反射信號。CSAMT探測方式的工作效率高，地形影響小、勘探深度大并且水平方向的分辨能力高，適合大部分地底深度勘探工作。

東崗橋地區(qū)地熱田探測中，CSAMT探測法測量點距設定50米，深度探測預定2500米，設定前次剖面的長度為14.95千米。并且此次探測設置兩條剖面，其平行間距500米，剖面方向設置為350°。4線剖面以CSAMT1線的182號點作為中心點，3線剖面則是以地震剖面流I線的9000號樁作為中心點，其坐標為60/3.兩條剖面各長2.5千米。

從地質解譯成果和CSAMT探測電阻率的反演可以得出，巖石地層電阻率由北向南逐漸降低，并且變化趨勢相對比較平緩。深部巖石地層的高電阻率部分在橫向有間斷，這說明巖石地層之間有部分斷裂構造。由此推斷的地質結構說明，東崗橋區(qū)域地質存在兩處東西向的平行斷層。結合資料分析，東崗橋地區(qū)存在地熱資源的可能性很大，但具體的位置和熱能儲量都還需要結合其他的勘探方式以及綜合分析去判斷。

4 總結

地熱資源作為可再生綠色環(huán)保新型能源，越來越受到人們的重點關注。地熱田的勘探范圍越來越廣。CSAMT勘探法對于地熱勘探工作來講，是一項重要的工作內容。這種方式不僅成本低廉，探測的數據精度也符合勘探要求。結合其他手段，CSAMT能夠有效的完成對地質條件的檢測，對地熱資源的探尋做出貢獻。

[1]張躍彬.煤田地質勘察中重力勘探工作方法研究 [J].煤炭技術,2011,30(8):171-172.

P631.3[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-226-1