瞬變電磁法在冀北地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

李雅玲

（河北省煤田地質(zhì)局 物測地質(zhì)隊，河北 邢臺 054000）

0 引言

冀北地區(qū)的含煤地層主要形成于中生代內(nèi)陸山間盆地，陸相含煤地層在地電特性上具有獨特的低阻特征。煤系的直接基底多為古老的元古宇或太古宇變質(zhì)巖系，表現(xiàn)為高阻或超高阻的物理特性，與上覆地層在電性特征上有很明顯的差異，借助電阻率法可以很有效地探測出基底的起伏形態(tài)，并對上覆低阻地層的賦存狀況加以評價，為地質(zhì)找礦提供有力的參考依據(jù)。

1 瞬變電磁工作方法

從地球物理勘探的要求來看，若勘探目的體（層）與圍巖的物性差異（該差異可用物理量來表示，如地層電阻率、密度、磁力等）達到一定程度，就可以采用物探手段解決相關(guān)地質(zhì)問題。地面瞬變電磁法是利用不接地回線（或接地電極）向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場，而后用閉合線圈觀測由一次場感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場的空間和時間分布關(guān)系，通過對比分析反映結(jié)果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律，來解決相關(guān)地質(zhì)問題的一種電阻率方法的物探手段。該方法具有穿透能力強、分辨率高、受體積效應(yīng)影響小、對低阻礦體反映突出等特點。最主要的是能夠在地形較為復(fù)雜的山區(qū)、丘陵區(qū)開展工作，針對冀北地區(qū)的地形地貌特殊要求，采用瞬變電磁法是一種非常可行的物探手段。

瞬變電磁法勘查的成功與否關(guān)鍵在于針對不同施工區(qū)域擇別不同施工方案，合理選取裝置、依照地形布設(shè)回線。在多山地區(qū)施工，對線框鋪設(shè)的形狀、發(fā)射電流大小、接收增益的控制都有嚴格要求。施工參數(shù)掌握不好，發(fā)射框擺設(shè)不規(guī)則，測區(qū)人文設(shè)施干擾等因素嚴重制約施工效果，決定勘查工作成敗。近幾年，我們根據(jù)不同的地質(zhì)需要，選用不同的線框組合和發(fā)射頻率，適量控制發(fā)射電流，在冀北地區(qū)的多地開展了效果良好的勘查工作。

發(fā)射線框的鋪設(shè)方法。在山區(qū)施工中，鋪設(shè)發(fā)射線框，尤其是深部勘查的大線框鋪設(shè)，需要翻山過溝或穿過林地，線框的形狀往往畸變。我們在施工中注重順應(yīng)地形的走勢布放導(dǎo)線，盡量將所有導(dǎo)線鋪放在同一類地形單元上。若線框圍住的是一座小山或發(fā)射線框有些邊投放在山谷的兩側(cè)山坡上，其測量結(jié)果可能很糟糕。原則上最好將發(fā)射與接收線圈放在同一層面上，但最終成果要進行各電性層位的深度校正，以求精確得到測點位置處垂向深度電阻率斷面圖。

合適的發(fā)射電流對提高有用信號質(zhì)量至關(guān)重要。隨著國家經(jīng)濟發(fā)展，人文設(shè)施遍布山川平原，很難找到一片沒有干擾的“凈土”，特別是高、中壓輸電線、地下埋設(shè)的管線以及鐵路等設(shè)施對測量結(jié)果的影響非常嚴重，造成諸多假異常。克服和削弱這些干擾對測量結(jié)果的影響，成為做好電法勘探的前提，控制好發(fā)射電流便是消弱干擾的一個方面。增加發(fā)射線圈中的工作電流，可以增強一次場強度，增加勘查深度，提高信噪比。但發(fā)射電流過大，在觀測到的V/I 衰減曲線晚期容易出現(xiàn)過強的激電效應(yīng)，甚至將晚期的有用信號淹沒，給解釋工作帶來諸多困難。發(fā)射電流一般視衰減曲線晚期3～5 道信號稍有激電效應(yīng)為宜。當然，有時要采用在接收線框的另一側(cè)再次鋪設(shè)發(fā)射線框進行二次接收的方法同樣有效。

野外觀測總是在有地質(zhì)噪聲和電磁噪聲的影響下進行，一般勘探深度h=（2-3）b，極限邊長b=0.76h，即隨著回線邊長的增大，對局部導(dǎo)體的分辨能力反而變差。對于某一個導(dǎo)體來說，回線邊長較小的情況下，異常幅度隨邊長的增加呈線性增大，最后達到飽和值。這是因為隨著邊長的增加，異常受旁側(cè)地質(zhì)體干擾增大。據(jù)理論計算和野外實測，定義最佳邊長為接收到的電位信號達到0.8V 時為宜。

圖2 瞬變電磁法實測結(jié)果

圖3 線框鋪放不同層面的觀測結(jié)果

2 工程實例

2.1 赤城縣二堡子區(qū)

勘查區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，溝谷縱橫，植被茂盛，海拔標高900～1630m，屬中低山地貌。110 千伏高壓線從測區(qū)北部穿過，且地質(zhì)噪聲較大。測區(qū)由老至新出露地層有太古宇桑干群片麻巖、中生界侏羅系中下統(tǒng)下花園組和中統(tǒng)后城組、新生界第四系。勘查目的是通過電法手段了解煤系下花園組的分布范圍及其基底的起伏變化情況。

電法施工中，采用200m×200m 的發(fā)射線框，以4Hz 頻率、25～30A的電流發(fā)射一次場脈沖；選用5m×5m×8 匝的接收線圈，50～200 次疊加，增益8×16～8×64 倍的方式接收。野外實測多測道V/I 剖面圖（如圖1），數(shù)據(jù)質(zhì)量大有改善。

2.2 涿鹿縣下井溝區(qū)

區(qū)內(nèi)山高谷深，雨裂沖溝密布，不適宜地震等物探手段的開展。綜合測區(qū)地質(zhì)、地球物理條件，采用地面瞬變電磁法作為主要手段，以查明侏羅系含煤地層的分布規(guī)律。采用如同二堡子區(qū)的裝置系數(shù)，合理布設(shè)線框與接收。得到的觀測結(jié)果如圖2，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。

2.2 承德汪莊煤礦深部外圍

為解決生產(chǎn)實際問題，汪莊煤礦決定先期采用地面瞬變電磁法對井田深部及外圍進行電法勘查，目的是為下一步在摩天嶺背斜北翼及煤礦東南部的深部區(qū)（大西溝區(qū)）將要施工的兩鉆孔提供技術(shù)性指導(dǎo)，以探明兩個靶區(qū)的資源賦存情況。施工區(qū)山巒陡峭，構(gòu)造復(fù)雜，地面荊棘叢生，植被密布，地形條件極差。針對該區(qū)的特殊地形，采取在同一地形單元上布設(shè)線框，接收與發(fā)射框同處一個平面上，觀測的晚期效果截然不同（圖3）。

3 結(jié)束語

按照前述方法在各勘查區(qū)進行地面瞬變電磁勘查，具體工作中對各種不利因素加以甄別，有針對性地選取布線方式，合理調(diào)整發(fā)射與接收參數(shù)，曲線質(zhì)量大為改善，各種干擾明顯減弱。經(jīng)過室內(nèi)數(shù)據(jù)處理，相鄰測線斷面圖反映的地層的連續(xù)性和賦存狀況符合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律和構(gòu)造特點。依據(jù)電法成果布置的鉆孔，進一步驗證了電法成果所揭示的測區(qū)地質(zhì)特征，特別是對低阻層以下老基底的延伸起伏狀況都具有較準確的勾勒，說明各測區(qū)物探勘查工作方法得當，起到了指導(dǎo)性作用。