可控源音頻大地電磁法在復(fù)雜地質(zhì)條件下找煤的應(yīng)用

阮寶軍

摘要：新疆的南疆地區(qū)面臨嚴(yán)峻的缺煤形勢，但復(fù)雜的地質(zhì)條件阻礙了各項(xiàng)地質(zhì)勘查任務(wù)的進(jìn)行。南疆地區(qū)地層傾角大、構(gòu)造復(fù)雜多變，常規(guī)的地震勘探無法取得成功。本文介紹了可控源音頻大地電磁法的基本原理和影響因素，通過實(shí)例探討了該方法在大傾角地層中找煤的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：可控源音頻大地電磁法；V8；大傾角地層；應(yīng)用

可控源音頻大地電磁法（Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics，簡稱CSAMT法）：CSAMT法是上世紀(jì)80年代末在大地電磁法（MT）和音頻大地電磁法（AMT）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的可控源頻率測深方法，它是針對大地電磁法在音頻頻段信號微弱和信號具有極大的隨機(jī)性問題，經(jīng)改進(jìn)采用人工可以控制的場源來加強(qiáng)地層反射信號，又因使用的頻率屬音頻段頻率，所以把它稱作可控源音頻大地電磁法。它具有探測深度大、分辨能力較強(qiáng)、觀測效率高，兼有測深和剖面研究雙重特點(diǎn)，是研究深部地質(zhì)構(gòu)造、尋找地下水資源勘查的一種有效手段。

1、可控源音頻大地電磁法的基本原理

CSAMT探測是基于電場在大地中電磁場傳播過程中存在正常電磁波的傳導(dǎo)規(guī)律，即趨膚效應(yīng)，亦即高頻電流主要集中在近地表流動，并隨著頻率的降低，電流就越趨于往深處流。對于這一物理過程，通常使用下式計(jì)算它們不同頻率下的卡尼亞（Cagniard）電阻率：ρExHy=15fExHy2，ρExHy單位為Ω·m。f為頻率，單位為Hz。CSAMT法的探測深度D大致為：D≈356ρf。可見介質(zhì)的電阻率越高，工作頻率越低，探測的深越大。通過計(jì)算卡尼亞電阻率和阻抗相位可以達(dá)到探測不同埋深地質(zhì)目標(biāo)體的目的。

2、可控源音頻大地電磁法的特點(diǎn)

勘探深度范圍大：根據(jù)不同地質(zhì)目的及實(shí)地地電條件，CSAMT方法的勘探深度可以靈活控制；工作中依據(jù)當(dāng)?shù)仉娦蕴卣髟O(shè)定測量頻點(diǎn)的上下限并調(diào)整收發(fā)距離；分辨力高：垂向分辨率可達(dá)10%，水平分辨率約為接收偶極子長度；低阻敏感性：使用交變電磁場可以穿透高阻蓋層或淺部高低阻間雜地層；地形影響小：由于觀測區(qū)場源在大部分頻點(diǎn)下為平面波場，同時(shí)電磁分量的觀測計(jì)算已進(jìn)行了歸一化，結(jié)果受地形影響較小且易于校正；場源影響小：在同一發(fā)射場源下可以進(jìn)行大面積觀測；抗干擾能力強(qiáng)：V8整套儀器具備精確分頻、高靈敏度、高次疊加、高穩(wěn)定性等性能。

3、可控源音頻大地電磁法的實(shí)際應(yīng)用

3.1工區(qū)概況以及電性特征。探測區(qū)位于新疆烏恰縣托云盆地東緣，總體構(gòu)造為復(fù)式褶曲構(gòu)造。勘探區(qū)地層自下而上有石炭系、侏羅系、白堊系和第四系，侏羅系含B1煤層。新疆的煤層是高電阻率、高人工放射性。因?yàn)楸緟^(qū)地層傾角較大，地表切割劇烈，沒有很好的條件開展地震工作。如圖1白堊系與侏羅系地層的視電阻率在主要30-120Ω之間變化。石炭系地層為明顯的高視電阻率，變化在150-300Ω之間。我們可以把侏羅系與石炭系的接觸面，視電阻率急劇變高這一特性作為標(biāo)志層。也就是我們的工作從尋找侏羅系，轉(zhuǎn)換為尋找石炭系的頂界面。

3.2使用的儀器。本次瞬變電磁勘探使用加拿大產(chǎn)V8電法工作站，配套TXU-30大功率發(fā)射機(jī)，高頻磁探頭AMTC-30。與其它儀器相比，V8性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，全波形采集，可針對不同的勘探深度，人為設(shè)置不同的頻率點(diǎn)。采用赤道裝置，該工作裝置測量信號強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率高。收發(fā)距采用12km，接收距50m。

3.3應(yīng)用成果。采用V8配套軟件CMT Pro對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，用SCS2D軟件人機(jī)交互反演。首先在已知鉆孔6-2上布設(shè)了試驗(yàn)線，如圖2縱軸代表海拔，橫軸為測點(diǎn)樁號。顏色由藍(lán)色到紅色的變化表示電阻率由低到高。通過地質(zhì)檢驗(yàn)認(rèn)定，zk6-2孔1328m-67126m為白堊系下統(tǒng)克孜勒蘇群地層；67126m-71296m為侏羅系中統(tǒng)楊葉組地層；71296m為石炭系頂界面。測井側(cè)向電阻率曲線顯示進(jìn)入石炭系地層后電阻率急劇上升。在標(biāo)高2310處揭露石炭系老地層，這與我們通過CSAMT得到的斷面圖相吻合。侏羅系地層與石炭系地層的接觸面的電阻率為160-180之間。我就可以根據(jù)這個(gè)閥值，來追蹤這個(gè)區(qū)域的石炭系頂界面。

在鉆孔6-2北部布設(shè)了勘探線2線，具體如圖3反演界面與實(shí)驗(yàn)界面相似。根據(jù)試驗(yàn)確定的電阻率閥值，發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)號從小到大，石炭系界面呈現(xiàn)變深趨勢最終建議地質(zhì)人員在較淺位置布設(shè)鉆孔，并給出了煤層的參考深度。最終根據(jù)鉆孔反饋，CSAMT得出的成果可靠。

4、結(jié)束語

鉆探驗(yàn)證和實(shí)地調(diào)查核實(shí)表明，CSAMT劃分的地層產(chǎn)狀與目標(biāo)層深度是有效和可靠的，為下一步開展鉆探工作提供了技術(shù)支持，為地質(zhì)人員劃分地層提供了有效參考。

參考文獻(xiàn)：

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