可控源音頻大地電磁法在深部斷裂構造勘查中的應用

（福建省121地質大隊 福建龍巖364021）

（福建省121地質大隊 福建龍巖364021）

斷裂構造會改變煤巖層的埋藏條件，甚至可能引發煤與瓦斯突出或礦井突水等災害事故。可控源音頻大地電磁法通過探測地層地球物理特征變化規律來分析推測斷層的位置、深度及產狀等信息，為礦山安全生產提供基礎數據支持。

可控源音頻大地電磁法斷裂構造地球物理特征卡尼亞視電阻率

0 前言

巖層受構造運動作用,當所受之力超過巖石強度極限時,巖石連續性、完整性將遭到破壞,產生破裂,稱為斷裂構造。斷裂構造與成礦作用，地基穩定性評價等科學研究有著密不可分的聯系。同時，斷裂構造也是影響煤礦生產最重要的地質因素之一，主要是它會使煤巖層產生平移、錯位，改變煤巖層的埋藏條件。此外，由于斷裂構造的強度和穩定性都很差，可能引發瓦斯突出或礦井突水等災害事故發生。長期以來，人們通過井下編錄、地質制圖等方法對斷裂構造進行揭露，但對深部和隱伏的斷裂構造研究還是需要借助物探等新方法。目前，國內外使用較多的就是利用大地電磁測深（MT）和可控源音頻大地電磁法（CSAMT）對地殼——巖石圈中斷裂構造進行勘探。這里主要介紹可控源音頻大地電磁法在深部斷裂構造勘查中的應用，將取得的一些成果與存在的問題進行交流探討。

1 可控源音頻大地電磁法原理

可控源音頻大地電磁法是一種人工場源的頻率域測深方法，它建立在麥克斯韋方程組和波動方程理論之上，通過測量場源的電場Ex分量以及磁場Hy分量來計算目標地層的卡尼亞視電阻率[1]。可控源音頻大地電磁法從理想空間的麥克斯韋方程組出發，利用相關的邊界條件，推導出均勻半空間水平電偶極子源的電場和磁場公式。

2 應用實例

2.1 礦區概況

新疆和布克賽爾蒙古自治縣某煤礦區地表大部分為第四系覆蓋，區內地層主要有：泥盆系火木山組、侏羅系西山窯組、侏羅系頭屯河組、古近系烏倫古河組、新近系塔西河組和第四系，其中侏羅系西山窯組為主要含煤地層。在前期的地質勘查工作中，勘探人員通過鉆探發現礦區南北煤層厚度和埋深發生了很大變化。現場地質人員推測礦區內存在一條深部隱伏斷層，但對斷層的位置及產狀等信息卻無法判斷，于是考慮用可控源音頻大地電磁法對斷層進行勘探和揭露。

可控源音頻大地電磁法和其它電磁法一樣，是根據地層、巖（礦）石的電性差異來分析判斷地下空間的異常目標，因此，地層、巖（礦）石具有物性差異是該方法探測的前提。根據物性資料及標本測定該區地層主要視電阻率劃分如表1。

表1 測區地層視電阻率統計表Tabel.1 The statistical table of strata resistivity in the survey area

2.2 儀器設備及參數

本次應用實例使用加拿大鳳凰公司生產的V8網絡化多功能電法儀，為便于對斷裂構造進行追蹤，選擇了二分量標量測量的TE模式，采用旁側裝置進行施工，根據現場實際情況調整點距和頻率表。本案例所使用頻率范圍從0.125赫茲到7680赫茲內48個頻點進行測深，數據采集時長45分鐘。測線長度1千米，點距50米,發射電流11安培，發射偶極AB長度2.08千米。

為避免產生近場效應，提高低頻段接收數據信噪比，野外施工設計時應根據現場情況選定發射偶極位置。根據多個礦區試驗證明：收發距控制在9-12千米探測效果較好。當然，如果探測深度較淺，且所選用的發射頻率多為高頻段頻點，可適當減小收發距，但以不小于8千米為宜。由于收發距離較遠，發射電流應大于10安培。

2.3 數據處理解釋

可控源音頻大地電磁法的資料處理包括使用CMT-pro軟件的預處理，及CSAMT-SW2.0軟件的數據編輯組織、質檢精度統計、去跳點、平滑濾波、靜態效應校正、近場效應校正、Bostick反演、CSAMT模型二維反演等。通過反演計算得出各測不同深度的卡尼亞視電阻率值，再利用專業繪圖軟件進行測線視電阻率斷面繪制，根據測線視電阻率等值線斷面圖來分析斷裂構造存在的位置、深度及產狀。

從1號測線視電阻率反演剖面圖上看，視電阻率整體隨深度增加而升高，在海拔標高400米以上的區域視電阻率基本在10-200Ωm范圍內，在海拔標高大約500米處有一個低阻異常區，該低阻異常在測線550米附近尖滅，在測線700米附近又出現在海拔標高600米處，低阻異常以下電阻率開始急劇抬升，出現視電阻率等值線密集條帶，推測其為侏羅系西山窯組含煤地層，該地層在測線南側保持在標高420米左右，而在測線北側被抬升到標高620米位置，由此推測在550-700米之間有一斷層存在，斷層寬度約120米，落差在200米左右，根據區域已知資料及前期地質資料推測此斷層為F4斷層，該斷層傾角約80度。

2號測線200-400米深部出現視電阻率低阻異常，測線350米位置兩側海拔標高500米以上區域視電阻率變化較大，推斷其為斷層發育所致，該斷層最大埋深超過1300米，角度約45度。

3 結束語

實際應用成果表明：深度在2千米以內的目標斷裂構造，使用可控源音頻大地電磁法能有效判斷、推測斷裂構造的位置、深度及產狀等信息。目前，該方法在煤礦區斷裂、金屬礦成礦構造帶及火成巖體斷裂溫泉帶等領域應用已較為普遍。為保證勘探效果，在施工前應結合已有地質資料，根據探測目標大致深度范圍合理選擇發射頻率，并根據現場實際條件確定測線及測點距離：對斷距小的高角度斷層應通過減小測點距離、縮小測線距離來進行控制。

[1]何繼善可控源音頻大地電磁法長沙：中南工業大學出版社1990.

可控源音頻大地電磁法在深部斷裂構造勘查中的應用

■陳志偉

P5[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-140-1