可控源音頻大地電磁法在深部斷裂構(gòu)造勘查中的應(yīng)用

（福建省121地質(zhì)大隊(duì) 福建龍巖364021）

（福建省121地質(zhì)大隊(duì) 福建龍巖364021）

斷裂構(gòu)造會(huì)改變煤巖層的埋藏條件，甚至可能引發(fā)煤與瓦斯突出或礦井突水等災(zāi)害事故?？煽卦匆纛l大地電磁法通過(guò)探測(cè)地層地球物理特征變化規(guī)律來(lái)分析推測(cè)斷層的位置、深度及產(chǎn)狀等信息，為礦山安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

可控源音頻大地電磁法斷裂構(gòu)造地球物理特征卡尼亞視電阻率

0 前言

巖層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用,當(dāng)所受之力超過(guò)巖石強(qiáng)度極限時(shí),巖石連續(xù)性、完整性將遭到破壞,產(chǎn)生破裂,稱為斷裂構(gòu)造。斷裂構(gòu)造與成礦作用，地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等科學(xué)研究有著密不可分的聯(lián)系。同時(shí)，斷裂構(gòu)造也是影響煤礦生產(chǎn)最重要的地質(zhì)因素之一，主要是它會(huì)使煤巖層產(chǎn)生平移、錯(cuò)位，改變煤巖層的埋藏條件。此外，由于斷裂構(gòu)造的強(qiáng)度和穩(wěn)定性都很差，可能引發(fā)瓦斯突出或礦井突水等災(zāi)害事故發(fā)生。長(zhǎng)期以來(lái)，人們通過(guò)井下編錄、地質(zhì)制圖等方法對(duì)斷裂構(gòu)造進(jìn)行揭露，但對(duì)深部和隱伏的斷裂構(gòu)造研究還是需要借助物探等新方法。目前，國(guó)內(nèi)外使用較多的就是利用大地電磁測(cè)深（MT）和可控源音頻大地電磁法（CSAMT）對(duì)地殼——巖石圈中斷裂構(gòu)造進(jìn)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(gòu)造勘查中的應(yīng)用，將取得的一些成果與存在的問(wèn)題進(jìn)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(chǎng)源的頻率域測(cè)深方法，它建立在麥克斯韋方程組和波動(dòng)方程理論之上，通過(guò)測(cè)量場(chǎng)源的電場(chǎng)Ex分量以及磁場(chǎng)Hy分量來(lái)計(jì)算目標(biāo)地層的卡尼亞視電阻率[1]?？煽卦匆纛l大地電磁法從理想空間的麥克斯韋方程組出發(fā)，利用相關(guān)的邊界條件，推導(dǎo)出均勻半空間水平電偶極子源的電場(chǎng)和磁場(chǎng)公式。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 礦區(qū)概況

新疆和布克賽爾蒙古自治縣某煤礦區(qū)地表大部分為第四系覆蓋，區(qū)內(nèi)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(zhì)勘查工作中，勘探人員通過(guò)鉆探發(fā)現(xiàn)礦區(qū)南北煤層厚度和埋深發(fā)生了很大變化?，F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)人員推測(cè)礦區(qū)內(nèi)存在一條深部隱伏斷層，但對(duì)斷層的位置及產(chǎn)狀等信息卻無(wú)法判斷，于是考慮用可控源音頻大地電磁法對(duì)斷層進(jìn)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(jù)地層、巖（礦）石的電性差異來(lái)分析判斷地下空間的異常目標(biāo)，因此，地層、巖（礦）石具有物性差異是該方法探測(cè)的前提。根據(jù)物性資料及標(biāo)本測(cè)定該區(qū)地層主要視電阻率劃分如表1。

表1 測(cè)區(qū)地層視電阻率統(tǒng)計(jì)表Tabel.1 The statistical table of strata resistivity in the survey area

2.2 儀器設(shè)備及參數(shù)

本次應(yīng)用實(shí)例使用加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8網(wǎng)絡(luò)化多功能電法儀，為便于對(duì)斷裂構(gòu)造進(jìn)行追蹤，選擇了二分量標(biāo)量測(cè)量的TE模式，采用旁側(cè)裝置進(jìn)行施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整點(diǎn)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(nèi)48個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)深，數(shù)據(jù)采集時(shí)長(zhǎng)45分鐘。測(cè)線長(zhǎng)度1千米，點(diǎn)距50米,發(fā)射電流11安培，發(fā)射偶極AB長(zhǎng)度2.08千米。

為避免產(chǎn)生近場(chǎng)效應(yīng)，提高低頻段接收數(shù)據(jù)信噪比，野外施工設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選定發(fā)射偶極位置。根據(jù)多個(gè)礦區(qū)試驗(yàn)證明：收發(fā)距控制在9-12千米探測(cè)效果較好。當(dāng)然，如果探測(cè)深度較淺，且所選用的發(fā)射頻率多為高頻段頻點(diǎn)，可適當(dāng)減小收發(fā)距，但以不小于8千米為宜。由于收發(fā)距離較遠(yuǎn)，發(fā)射電流應(yīng)大于10安培。

2.3 數(shù)據(jù)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(yù)處理，及CSAMT-SW2.0軟件的數(shù)據(jù)編輯組織、質(zhì)檢精度統(tǒng)計(jì)、去跳點(diǎn)、平滑濾波、靜態(tài)效應(yīng)校正、近場(chǎng)效應(yīng)校正、Bostick反演、CSAMT模型二維反演等。通過(guò)反演計(jì)算得出各測(cè)不同深度的卡尼亞視電阻率值，再利用專業(yè)繪圖軟件進(jìn)行測(cè)線視電阻率斷面繪制，根據(jù)測(cè)線視電阻率等值線斷面圖來(lái)分析斷裂構(gòu)造存在的位置、深度及產(chǎn)狀。

從1號(hào)測(cè)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(biāo)高400米以上的區(qū)域視電阻率基本在10-200Ωm范圍內(nèi)，在海拔標(biāo)高大約500米處有一個(gè)低阻異常區(qū)，該低阻異常在測(cè)線550米附近尖滅，在測(cè)線700米附近又出現(xiàn)在海拔標(biāo)高600米處，低阻異常以下電阻率開始急劇抬升，出現(xiàn)視電阻率等值線密集條帶，推測(cè)其為侏羅系西山窯組含煤地層，該地層在測(cè)線南側(cè)保持在標(biāo)高420米左右，而在測(cè)線北側(cè)被抬升到標(biāo)高620米位置，由此推測(cè)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(jù)區(qū)域已知資料及前期地質(zhì)資料推測(cè)此斷層為F4斷層，該斷層傾角約80度。

2號(hào)測(cè)線200-400米深部出現(xiàn)視電阻率低阻異常，測(cè)線350米位置兩側(cè)海拔標(biāo)高500米以上區(qū)域視電阻率變化較大，推斷其為斷層發(fā)育所致，該斷層最大埋深超過(guò)1300米，角度約45度。

3 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際應(yīng)用成果表明：深度在2千米以內(nèi)的目標(biāo)斷裂構(gòu)造，使用可控源音頻大地電磁法能有效判斷、推測(cè)斷裂構(gòu)造的位置、深度及產(chǎn)狀等信息。目前，該方法在煤礦區(qū)斷裂、金屬礦成礦構(gòu)造帶及火成巖體斷裂溫泉帶等領(lǐng)域應(yīng)用已較為普遍。為保證勘探效果，在施工前應(yīng)結(jié)合已有地質(zhì)資料，根據(jù)探測(cè)目標(biāo)大致深度范圍合理選擇發(fā)射頻率，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件確定測(cè)線及測(cè)點(diǎn)距離：對(duì)斷距小的高角度斷層應(yīng)通過(guò)減小測(cè)點(diǎn)距離、縮小測(cè)線距離來(lái)進(jìn)行控制。

[1]何繼善可控源音頻大地電磁法長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社1990.

可控源音頻大地電磁法在深部斷裂構(gòu)造勘查中的應(yīng)用

■陳志偉

P5[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-140-1