CSAMT法高密度数据采集频率的应用

ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ

物　探　与　化　探

Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．，２０１４　

ｄｏｉ：１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．６．２０

刘明，王东华．ＣＳＡＭＴ法高密度数据采集频率的应用［Ｊ］．物探与化探，２０１４，３８（６）：１２０３－１２０６．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．６．２０３８（６）：１２０３－１２０６．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．６．２０

ＬｉｕＭ，ＷａｎｇＤＨ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎｔｈｅＣＳＡＭＴｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１４，

ＣＳＡＭＴ法高密度数据采集频率的应用

（１．湖南有色地质勘查研究院，湖南长沙　４１００１５；２．山西省水文水资源勘测局，山西太原　０３０００１）

摘要：根据吕梁山前丘陵区的地层特点，对可控源音频大地电磁（ＣＳＡＭＴ）法的数据采集频率进行了选择研究，将其应用在地下水及地热探查工作中，取得了良好的地质效果。试验结果表明，加密数据采集频率密度，对于埋藏深度较大且厚度不大的地层，可提高分辨能力，不遗漏有意义的小异常；尤其在勘测资料为深层地下水含水层和薄层地层时，应用高密度频率进行数据采集，增加调查信息量，将会收到良好的地质效果。关键词：ＣＳＡＭＴ；数据采集频率；地下含水层；弱小异常；标志层；岩溶

中图分类号：Ｐ６３１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１０００－８９１８（２０１４）０６－１２０３－０４

刘明１，王东华２

　　在地球物理勘测中，往往需要分辨有地质意义

的薄层地层，如埋深较大的薄层含水层、标志性地层等，实现此目的的主要方法是采取高密度数据采集。勘测人员在应用可控源音频大地电磁法勘测时，采用了高密度频率的数据采集对比试验，取得了良好效果。

在岩溶地下水勘测中，应用１／４（２ｎ～２ｎ＋１）Ｈｚ数据采集系列反映不出的岩溶含水层，在１／８（２ｎ～２ｎ＋１）Ｈｚ数据采集系列能够清晰地反映出来。

以基岩电阻率５００Ω·ｍ为例，应用Ｂｏｓｔｉｃｈ深

１　ＣＳＡＭＴ数据采集频率系列分析

１．１　问题的提出

可控源音频大地电磁法的数据采集频率，直接关系到地层特性调查的信息量。以山西岩溶地下水勘探为例。岩溶水埋藏深度大，发育极不均匀，往往在相距很近的两地会出现此地有水、彼地无水的现象。另外，在地质勘查中，往往需要了解某些标志地层的埋深情况。因此。需要提高ＣＳＡＭＴ勘测资料对地层的分辨率，为此，勘测人员对数据采集频率进行了对比选择。４（２～２

ｎ

度关系式：Ｈ≈３５６ρ／ｆ（Ｈ为穿透深度，ｆ为工作频率，ρ为地层电阻率）对ｆ＝１／４（２ｎ～２ｎ＋１）Ｈｚ（以下称１／４频率系列）与ｆ＝１／８（２ｎ～２ｎ＋１）Ｈｚ频率系列（以下称１／８频率系列）对应的勘探深度进行了计算，结果见表１、表２。表中ｆ＃表示频率序号，ΔＨ为两个相邻频率的探测深度差。

表中可见，在１／８频率系列中，Ｈ在３００～７００ｍ

表１　１／４频率系列与勘探深度计算值

ｆ＃１５１６１７１８１９２０２１２２２３２４２５２６２７２８２９

８５９．７０７２４．５３６１４．４０５１２．００４３０．６５３６９．２３３０４．７６２５６．００２１５．３３１８９．４７１５３．６０１２８．００１０７．８７９０．００７６．１９ｆ／Ｈｚ

２６６．９２２９０．７５３１５．７４３４５．８７３７７．１３４０７．２９４４８．３１４８９．１４５３３．３４５６８．５７６３１．４８６９１．７５７５３．５３８２４．９６８９６．６１Ｈ／ｍ

ΔＨ／ｍ２３．８３２４．９９３０．１３３１．２６３０．２６４１．１２４０．８３３５．２３６２．９１６０．２７６１．７８７１．４３７２．６３４４．２

目前，大多数可控源的数据采集密度最多是１／

ｎ＋１

用此系列采集的数据深度间隔往往会漏掉１０～２０ｍ厚度的含水层，而这样厚度的含水层，对于水井出水量是十分有意义的；为此，勘测人员提出用１／８（２～

ｎ

）Ｈｚ，即在２～２

ｎ

ｎ＋１

之间内插４个频率，但

２ｎ＋１）Ｈｚ数据采集间隔的频率系列，即在（２ｎ～２ｎ＋１）效果，勘测人员对此进行了计算与试验，结果表明，

收稿日期：２０１３－０３－２４；修回日期：２０１４－０７－１６

之间内插８个频率。为了检查验证两种频率的应用

·１２０４·

表２　１／８频率系列与勘探深度计算值

ｆ＃３２３３３４３５３６３７３８３９４０４１４２４３４４４５４６４７４８４９５０５１５２

６６２．０７５５６．５２５１２．００４６８．２９４３０．６５４９５．８８３６９．２３３３１．０３３０４．７６２７８．２６２５６．００２３４．１５２１５．３３１９７．９４１８９．４７１６５．５２１５３．６０１２８．０００１１７．０７１３９．１３６１４．４ｆ／Ｈｚ

３０４．１６３１５．７４３３１．７５３４５．８７３６１．６６３７７．１３３９３．３４４０７．２９４３０．１５４４８．３１４６９．１７４８９．１４５１１．４５５３３．３４５５６．２７５６８．５７６０８．３１６３１．４８６６３．５０６９１．７５７２３．３２Ｈ／ｍ

物　探　与　化　探３８卷　

含水层。

此外，在室内数据处理时，由于１／８频率系列数据采集密度大，删掉个别离散的点，对资料的精度影响并不大，而对于１／４频率系列采集的数据，则可能受到影响。

室内资料整理，通过数据输入—数据编辑—曲线圆滑—Ｂｏｓｔｉｃ反演—应用Ｓｕｒｆｅｒ软件绘制剖面图的流程，得到了各测线的反演电阻率断面图。１．２　试验实例

勘测人员应用加拿大凤凰地球物理公司产Ｖ６⁃

ΔＨ／ｍ１１．６１１６．０１１４．１２１５．７９１５．５３１６．２１１３．９５２２．８６１８．１６２０．８６１９．９７２２．３１２１．８９２２．９３３９．７４２３．１７３２．０２２８．２５３１．５７１２．３

Ａ电磁系统，利用１／８与１／４两种数据采集频率系列在同一条勘测断面上工作，完成了ＣＳＡＭＴ电阻

率断面图。图１所示的剖面位于吕梁山前丘陵区，并通过一眼深井，图中水平坐标５０ｍ处是石灰岩深井位置，井深７５０ｍ，出水量８０ｔ／ｈ。本处地层结构顺序为第四系黏土、亚黏土，石炭系砂、页岩，奥陶系中统石灰岩，勘测地层为奥陶中统石灰岩的岩溶裂隙发育部位，即岩溶地下水富集部位。根据实验区地层特点，黏土类地层、砂页岩与奥陶系石灰岩相比，在电性上均反映为低阻，一般小于１００Ω·ｍ，石灰岩为高阻，一般大于３００Ω·ｍ；而岩溶发育部位相对完整石灰岩也为低阻，一般小于２００Ω·ｍ。因此，应用电阻率剖面能较好地反映岩溶发育部位及其埋藏深度。

两张断面图用同样的反演方法，同样的等值线间隔，所有测点的位置相同，但所得到的电阻率断面

深度之间，计算深度的间隔值ΔＨ约为１０～３２ｍ之间；在１／４频率系列中，Ｈ在３００～７００ｍ深度之间，ΔＨ约为２３～６２ｍ。这表明，利用１／８频率系列工作，在７００ｍ的深度内如果存在３０ｍ厚度的岩溶段，至少能有一个频率对应于低阻部位，即至少可以１／４频率系列采集数据，如果两个相邻频率分别对应于低阻层的上部与下部，则很容易遗漏掉这部分反映出３０ｍ的岩溶发育部位或含水层部位，而利用

图１　吕梁山前丘陵区应用两种频率系列采集的反演电阻率断面对比

　６期刘明等：ＣＳＡＭＴ法高密度数据采集频率的应用·１２０５·

图不同。两张图都将整个断面分为３段：小于１００

Ω·ｍ、１００～２００Ω·ｍ、２００～３００Ω·ｍ，但对各部分之间的变化，特别是对３００～８００ｍ之间石灰岩的岩溶发育部位，１／４频率系列所作断面（图１ｂ）没有反映出来，只出现了小于１００Ω·ｍ的小范围的闭合圈，而在１／８频率系列断面上（图１ａ）则很明显，位于５００～８００ｍ深度之间，即１００～２００Ω·ｍ等值线之间，小于１００Ω·ｍ的低阻等值线条带在水平和垂向上均有延伸，反映了中奥陶石灰岩的岩溶裂隙发育及富水部位。此外，对８００ｍ埋深以下地层的反映，１／４频率系列断面图上等值线圆滑，在水平位置５０ｍ处，埋深约９００～１０００ｍ之间有低阻圈，而在１／８频率系列断面图上，除反映此低阻圈外，在深约１０００～１２００ｍ处也反映有低阻圈，即此深度也有岩溶发育段。

上述勘测实例表明：应用ＣＳＡＭＴ法勘测地下水时，加密数据采集密度对分辨薄层含水层有明显效果；在勘测深层基岩地下水时，依据１／８频率系列采集数据获得的电阻率断面，比１／４频率系列采集的资料精度高，不易漏掉薄层含水层，而对深井地下水来说，薄层含水层对增加水量也是十分重要的。

２　深层岩溶含水层探查

在基岩山区，地形起伏，沟谷弯曲，地下水水位埋藏深度大，勘探深度大，含水层分布极不均匀，勘探风险大。应用ＣＳＡＭＴ高密度频率数据采集系列勘测深层岩溶地下水，不仅解决了直流电法勘探由于地形起伏、工作范围狭小无法布置工作的困难，而且可查明深层含水部位。

勘测区位于山西吕梁山ＭＳ区，由于煤矿开采，浅层地下水被疏干，周边村庄村民生活水源困难，被迫搬迁下山。该区出露地层为石炭系砂、页岩，厚度约１５０ｍ，下伏岩溶地下水属于岩溶泉域的补给径流区，水位埋藏深度２３０ｍ。工作区为一条近南北向弯曲延伸的沟谷，沟最宽处不足６０ｍ。在砂、页岩与石灰岩之间，完整石灰岩与岩溶石灰岩之间电性差异明显，岩溶部位电阻率小于２００Ω·ｍ，完整石灰岩电阻率常见值大于５００Ω·ｍ，因此，决定采用电阻率剖面调查石灰岩岩溶发育情况。勘测时，使用Ｖ６⁃Ａ电磁勘测系统，数据采集频率采用１／８频率系列，为９６００～０．６４Ｈｚ，大致垂直山沟发育方向布置ＣＳＡＭＴ勘测剖面，测点距离１０ｍ。探测结果见图２。

２００ｍ，反演电阻率断面反映石炭系地层底板埋深约

其下伏为中奥陶系石灰岩。断面上电阻率等

图２　吕梁山ＭＳ区ＣＳＡＭＴ反演电阻率断面

值线在水平方向明显不连续，左侧电阻率等值线与右侧高差１００ｍ，可见沟中有断层通过断面，致使岩溶裂隙发育，电阻率断面清楚地反映了这一特征。井位设计于横坐标２０ｍ处。由于区域岩溶水位埋深ｍ，２３０岩芯破碎ｍ，水位以下有良好的含水层深井采取奥陶系中统上，与电阻率断面特征吻合。钻井深度５５０、下马家沟组石灰岩的

。

岩溶地下水，日产水量１２００ｔ，解决了周边村庄的人畜饮水困难。当地利用深井水源开发了旅游项目，带动了附近农村的经济发展。

３　新近系地层调查

在山间断陷盆地，有巨厚层第四系与新近系地层覆盖，往往具有地热生成的盖层条件。在地热资源勘查中，为了调查储热条件，除查明构造与岩浆活动条件外，尚需要查明新近系地层的顶板、底板埋深及厚度。由于新近系与第四系地层的电性差异不大，常见电阻率值均小于３０Ω·ｍ，应用ＣＳＡＭＴ区分这二组地层还尚无先例。

勘测期间，选用高密度频率采集系列，数据采集频率为９６００～０．６４Ｈｚ，同时结合了地质资料。钻井地层资料揭露，在第四系与第三系地层之间有一层红黏土，属于低阻层。勘测电阻率断面（图３）反映了在３００ｍ埋深处有小于１０Ω·ｍ的电阻率条带

·１２０６·

物　探　与　化　探３８卷　

４　结语

理论与实践表明，物探方法的应用应与地质调查结合起来。在ＣＳＡＭＴ法勘探中，应根据探查任务选择工作频率。加密数据采集频率密度，对于埋藏深度较大且厚度不大的地层，可提高分辨能力，不遗漏有意义的小异常。如本文列举的深层岩溶地下水含水层、不同时代地层标志层勘查均属此类。

本方法同样可应用于矿产勘查及工程地质、环境地质探查，如煤矿采空区等勘查。参考文献：

［１］　何继善．可控源音频大地电磁法［Ｍ］．长沙：中南工业大学出版

社，１９９０．

［２］　石昆法．可控源音频大地电磁法理论与应用［Ｍ］．北京：科学出

版社，１９９９．

［３］　王俊业，张杰，石滨．Ｖ６⁃Ａ电磁系统在山区地下水勘测中的应

用［Ｊ］．工程物探，２００４，（４）．

［４］　朱金华，冒我冬，白锦琳，等．ＣＳＡＭＴ法在断层含水性评价中的

应用［Ｊ］．物探与化探，２０１１，３５（４）：５６９－５７２．

图３　反映第四系与新近系地层的反演电阻率断面

［５］　ＹａｍａｓｈｉｔａＭ，ＨａｌｌｏｆＰＧ，ＰｅｌｔｏｎＷＨ．ＣＳＡＭＴｃａｓｅｈｉｓｔｏｒｉｅｓｗｉｔｈ

ａｍｌｔｉ⁃ｃｈａｎｎｅｌＣＳＡＭＴｓｙｓｔｅｍａｎｄｄｉｓｓｉｏｎｏｆｎｅａｒ⁃ｆｉｒｌｄｄａｔａｃｏｎｒｒｅｃ⁃ｔｉｏｎ［Ｒ］．ＰｈｏｅｎｉｘＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌｔｄ，１９８５．

穿过剖面，这一低阻带为第四系地层底板的反映；同时在７００ｍ以下出现高阻区，电阻率值大于８０Ω·可见，新近系地层厚度为４００ｍ。电阻率断面特征与钻孔揭露的标志地层基本吻合，标志地层反映清晰。

ｍ，反映基岩分布区，即新近系地层底板埋藏深度。

［６］　徐光辉，黄力军，刘瑞德．应用可控源音频大地电磁测深于北京

水文地质调查［Ｊ］．物探与化探，２００５，２９（６）：５２３－５２５．勘查中的应用研究［Ｊ］．地球物理学报，１９９６（５）．成都理工大学，２０１２．

［７］　吴璐英，石昆发，李荫槐，等．可控源音频大地电磁法在地下水［８］　祝杰．可控源音频大地电磁法在地热勘查中的应用研究［Ｄ］．

Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ⁃ｄｅｎｓｉｔｙｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎｔｈｅＣＳＡＭＴｍｅｔｈｏｄ

ＬＩＵＭｉｎｇ１，ＷＡＮＧＤｏｎｇ⁃Ｈｕａ２

（１．ＨｕｎａｎＡｃａｄｅｍｙｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００１５，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｘｉＢｕｒｅａｕｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｘｐｌｒａｔｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３０００１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｅｄｉｍｅｎｔｈｉｌｌｙａｒｅａｏｆｔｈｅＬｕｌｉａｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄａｓｅ⁃

ｌｅｃｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅＣＳＡＭＴｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｔｅｓｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｂｕｔｎｏｔｖｅｒｙｔｈｉｃｋｓｔｒａｔａ，ｔｈｅｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｎｓｉｔｙｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙａｎｄｄｅｔｅｃｔａｌｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｓｍａｌｌａｎｏｍａｌｉｅｓ；Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｃａｓｅｔｈａｔｔｈｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｄａｔａａｒｅｄｅｅｐｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｑｕｉｆｅｒｓａｎｄｔｈｉｎｌａｙｅｒｓ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａ⁃ｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄａｃｈｉｅｖｅｇｏｏｄｇｅｏ⁃ｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＳＡＭＴ；ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄａｑｕｉｆｅｒ；ｆａｉｎｔａｎｏｍａｌｙ；ｍａｒｋｅｒｂｅｄ；ｋａｒｓｔ作者简介：刘明（１９８３－），男，硕士，毕业于昆明理工大学研究生院，从事矿产及能源勘查工作。

ａｎｄｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄ，ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ａｃｈｉｅｖｅｄｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｆｅｃｔｓ．Ｔｅｓｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｆｏｒｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｄｅｅｐｌｙｂｕｒｉｅｄ