CSAMT信息處理技術(shù)在城市水源地.ppt

張連發(fā)朱向泰穆建強 CSAMT信息處理技術(shù)在城市水源地地質(zhì)勘查中的應(yīng)用 CSAMT簡介 CSAMT是可控源音頻大地電磁 ControlledSourceAudioFrequencyMagneto telluric 之簡稱 它是利用接地水平電偶源為信號源的一種頻率域電磁測深法 它采用了大功率的人工場源 發(fā)射功率可選10Kw 30Kw 具有信號穩(wěn)定 信噪比高 穿透能力強 探測深度大等特點 自20世紀(jì)90年代 美國Zonge公司GDP16 32型及加拿大鳳凰公司V6 V8等電法勘探系統(tǒng)逐漸引入國內(nèi) 初始CSAMT技術(shù)主要應(yīng)用于油氣非地震勘探 主要研究盆地基底頂面起伏埋深 蓋層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造展布規(guī)律等 2000年以來 CSAMT信息處理技術(shù)日臻成熟 在國家及地方重點基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程地質(zhì)勘查方面也得到了廣泛應(yīng)用 如高速公路 鐵路隧道及壩址 庫區(qū) 廠址 水源地等基礎(chǔ)勘查 本文主要從城市水源地地質(zhì)勘查方面介紹CSAMT信息處理技術(shù)的應(yīng)用效果 水資源是城市發(fā)展的基礎(chǔ)性資源 城市是用水戶最集中 用水強度最大 供水保證率和水質(zhì)要求最高的區(qū)域 多年來 諸多城市頻頻出現(xiàn)水危機 水資源紛紛告急 開辟增加新的水源地維持城市水資源可持續(xù)供給成為城市發(fā)展規(guī)劃的一項重要內(nèi)容 水源地地質(zhì)勘查工作也越來越受到重視 1 CSAMT工作方法 儀器設(shè)備通常采用美國Zonge公司生產(chǎn)的GDP16 32型地球物理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 配套發(fā)射系統(tǒng)為30Kw大功率發(fā)射機組和發(fā)射機 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有8道接收能力 工作效率高 穩(wěn)定性好 可采用一發(fā)一收或一發(fā)兩收 以接收遠場區(qū)信號為宜 收發(fā)距一般大于勘探深度的3 5倍 通常選取5 6公里 接收偶極距以接收到可靠信號為依據(jù) 供電極距AB一般為1500 2000米 接收偶極距MN通常為50 100米 采用赤道偶極裝置 標(biāo)量觀測方式 發(fā)射頻率一般采用1 2 4 8 1024 2048 4096Hz等十幾個頻點 為提高信噪比 要盡量加大發(fā)射電流 頻率在512Hz以下時 發(fā)射電流要大于16A 采集數(shù)據(jù)時要進行多次疊加 每個頻點要不少于3次重復(fù)觀測 同時要注意接收電極接地保證良好 接地電阻應(yīng)保持在1K 左右 2 CSAMT的信息處理2 1干擾信號的剔除 主要是由于人為或天然因素出現(xiàn)的隨機干擾信號 可直接進行剔除 2 2電磁測深曲線的靜態(tài)校正由于淺部表層局部不均勻體表面積累電荷所形成的附加電場與激發(fā)場疊加造成觀測結(jié)果畸變 其值與頻率無關(guān) 會使視電阻率曲線向上或向下位移 而相位卻保持不變 對移位了的視電阻率曲線進行校正 即為靜態(tài)校正 K L Zonge曾導(dǎo)出了CSAMT視電阻率與相位之間的關(guān)系式 略 可對靜態(tài)位移進行校正 2 3場源校正 非平面波校正 CSAMT是人工場源 為獲得足夠大的信號 收發(fā)距不可能太大 測量中接收到的信號包含遠區(qū)信號 過渡區(qū)信號 近區(qū)信號 反演結(jié)算采用的是遠區(qū)信號 近區(qū)數(shù)據(jù)很少出現(xiàn) 過渡區(qū)信號需經(jīng)改正后再利用 亦即校正非平面波影響 通常采用三角法進行過渡區(qū)校正 2 4圓滑模型反演利用二維圓滑模型 SCS2D 反演方法對CSAMT數(shù)據(jù)進行二維反演 SCS2D反演視電阻率與阻抗相位數(shù)據(jù) 確定模型的電阻率 反演過程中采用均方差來衡量數(shù)據(jù)擬合度及模型的粗糙度等 要求所得模型圓滑 數(shù)據(jù)擬合差最小 2 5相位信息處理技術(shù)本例中 工程技術(shù)人員根據(jù)多年積累的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗 針對工作目的開拓性地運用了CSAMT數(shù)據(jù)相位信息處理技術(shù) 參見3 2 3 求得了反映賦水區(qū)異常特征的地質(zhì)體電性變化參數(shù) 非常有效地完成了勘查工作任務(wù) 3 勘查實例 CSAMT在河北省三河市燕郊開發(fā)區(qū)水源地質(zhì)勘查中的應(yīng)用效果 3 1水源地地質(zhì)特征水源地地處燕山南麓沖洪積平原區(qū) 表層為第四系沖洪積物覆蓋 下伏基巖主要為中晚元古代的薊縣系 巖性為白云巖 含燧石條帶白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r 古生代地層也有分布 其中寒武系巖性主要為砂巖 粉砂巖 泥巖 泥質(zhì)灰?guī)r等 奧陶系巖性主要為厚層灰?guī)r 石炭系巖性主要是砂巖及煤系地層 以寒武系 奧陶系分布最廣 基巖構(gòu)造特征 表現(xiàn)為古潛山及NNE走向的單斜構(gòu)造 NE及NNE向斷裂構(gòu)造發(fā)育 賦水區(qū)類型 第四系中的古河床及砂礫石層位 基巖剝蝕面 古潛山河谷 基巖區(qū)斷裂帶 溶洞或地下暗河 3 2CSAMT資料解釋3 2 1曲線類型的定性分析電磁測深中 視電阻率測深曲線的形態(tài)可以反映電性層的垂向分布特征 其平面分布狀態(tài)又可了解各電性層的三維分布特征 所以根據(jù)曲線類型的特征可以研究和劃分地質(zhì)構(gòu)造單元 工程實例中出現(xiàn)了兩種曲線類型 1 K型 圖2類型中極小值點出現(xiàn)在較低頻段內(nèi) 首支視電阻率較低 30歐姆 米左右 對應(yīng)了覆蓋較厚第四系 且尾支曲線抬升時是下伏基巖的表現(xiàn) 其中極小值點突出部位即為二者間賦水型良好地帶即賦水帶 圖3類型首支曲線類同 但尾支曲線為迅速抬升 此類型解釋為較薄的第四系覆蓋 K型曲線類型的總體分布 推斷主要集中在古生代寒武或奧陶系灰?guī)r及薊縣系白云巖 白云質(zhì)灰?guī)r地層分布區(qū) 2 KH型 圖4類型曲線特征為高 低 高的組合形態(tài) 推斷主要分布在古生代石炭系地層區(qū) 其中第一層相對高阻解釋為第四系覆蓋且賦水性差 第二層低阻則為下伏基巖風(fēng)化剝蝕面且具有較好的賦水性 3 2 2曲線類型的平面分布特征分析綜合各電磁測深剖面曲線及平面分布特征 可進一步勾繪斷裂構(gòu)造及劃分地質(zhì)單元 見圖5 各測深曲線類型出現(xiàn)平面分布變化代表了不同地質(zhì)單元的分布特征 出現(xiàn)突變地帶多為斷裂構(gòu)造的影響 各測點之低 中 高不同頻段 如32Hz 64Hz 128Hz等 的視電阻率水平橫切面圖又可代表深部 中部 淺部不同深度的各地質(zhì)單元的變化特征 可反映各地質(zhì)時期的地質(zhì)構(gòu)造層的發(fā)生 發(fā)展及演化 對最終完成地質(zhì)勘查工作目的 圈定有價值的賦水區(qū)域提供了可靠的基礎(chǔ)資料成果 地質(zhì)填圖 3 2 3相位信息處理技術(shù)我們知道兩個頻率正弦量的相位差就等于初相位之差 它是一個不隨時間變化的常數(shù) k 這個常數(shù)隨地質(zhì)體傳導(dǎo)條件的變化會產(chǎn)生相應(yīng)的變化 為此 在本次勘查實例中采用4倍相位差處理技術(shù)求得k值 k arctan 1 2 1 2 再通過歸一化和背景值處理技術(shù)形成異常圖 見圖6 可更直觀地反映該水源地賦水區(qū)分布情況 圈定的有望賦水區(qū)異常 經(jīng)后期鉆井施工 取得了很好效果 4 結(jié)論本次CSAMT在城市水源地地質(zhì)勘查 能夠準(zhǔn)確反映第四系覆蓋層及基巖頂界面分布情況 能夠確定隱伏斷裂構(gòu)造發(fā)育狀況和劃分地質(zhì)構(gòu)造單元 特別是應(yīng)用相位信息處理技術(shù)能有效地圈定水源地賦水區(qū)異常分布狀態(tài) 可為鉆井工程快速提供靶位 做到有的放矢 該方法綜合勘查成本低 快速高效 具有廣闊的應(yīng)用前景 謝謝 再見