可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁法（精选9篇）

可控源音频大地电磁法 篇1

摘要：阐述了可控源音频大地电磁法 (CSAMT) 运用于地热全空间探测的理论基础, 探讨了地下存在低阻地热异常体的电阻率响应特征, 提出了工作方法和解释方法, 并结合具体实例介绍了其应用效果。

关键词：可控源音频大地电磁法,地热,电阻率法,含水构造

CSAMT源于大地电磁法 (MT) 和音频大地电磁法 (AMT) 。CSAMT是针对大地电磁法在音频频段信号微弱和信号具有极大随机性问题, 对大地电磁法进行的改进, 采用人工可以控制的场源来加强地层反射信号[1,2,3], 又因使用的频率属音频段频率, 所以称作可控源音频大地电磁法。

1 CSAMT工作原理

CSAMT法是基于电场在大地电磁场传播过程中存在的电磁波传导规律 (趋肤效应) , 即高频电流主要集中在近地表流动, 并随着频率的降低, 电流就越趋于往深处流。对于这一物理过程, 通常使用式 (1) 计算不同频率的视电阻率ρ。

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式中, EX为接收电极距, m;HY为接收磁极距, m。

利用式 (2) 求取它们相对应频率的穿透深度h:

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在勘查工作中, 通常采用标量测量装置, 即用1个发射源和在勘查线上用1组与供电电场平行的接收电极接收电信号, 1个与电场正交的磁探头接收磁信号。CSAMT标量测量装置如图1所示。

2 CSAMT工作方法

为了获取较大的探测深度, 此次探测时采用的接收—发射距离为7 500 m, 可实现对3 000 m左右深度地层的控制。测线布置则随需控制范围而定, 如测点间距为20 m, 则测试深度为2 800 m (图2) 。

为了保证观测信号的可靠性, CSAMT法一般采用目前国际上最为先进的GDP-32Ⅱ多功能电法仪[4,5]。该仪器可进行多种电法的数据采集, 也可同时进行多道数据采集, 其频率范围为1/64 Hz~8 kHz (其中可控源的频率为8 192~0.125 Hz) , 频率系列为2n系列和2/3×2n系列。模数转换器 (ADC) 为每道24位、96 000个样点;点 (主道) 由16位 (高频部分) 到24位 (低频部分) 。

接收系统或发射系统之间为无线连接, 参考站的局域网之间为无线或有线通信, 发射机和局域网均通过石英钟实现同步。该系统施工灵活、基本不受地形条件限制, 发射功率大, 适合探测从地表到地下3 km的范围。

进行可控源数据采集时, 使用GDP-32Ⅱ接收机和GGT-10发射机系统。为确保取得较好的效果, 在数据采集过程中, 采用了多次叠加和重复观测等技术。

3 技术措施

为保证采集数据的质量, 采取了以下措施:

(1) 选取适当的采样道数 (窗口) 及叠加次数, 确保记录的晚期道接收的目的层信号清晰。

(2) 利用各种方法、仪器进行数据采集时, 严格避免在强干扰源、强磁场及金属堆积物的附近采集数据, 以减少人为电磁场干扰与影响。

(3) CSAMT法MN//AB, 误差不大于2°;AMT探头垂直于AB, 误差不大于2°。

(4) MN接地电阻一般应低于2 kΩ, 最大不得大于10 kΩ。

(5) 在供电之前, 应观测噪声水平, 根据噪声情况, 设定叠加次数, 单个频点一般至少3次读数, 直至达到质量要求为止;在干扰较强时, 应增加观测和叠加次数;当工频干扰较严重时, 可选取有效的陷波滤波器抑制噪声。强干扰条件下应选择避开干扰严重的时间段进行数据采集或暂停数据采集。

(6) 每个测点的数据采集均进行2次以上重复观测与记录。

4 应用实例

拟建的综合园区占地面积88 560 m2。为满足综合园区未来功能用水的需要, 拟在综合园区内开凿深层地热井。为此, 河南省煤田地质局资源环境调查中心实地进行了地面物探勘查工作, 由北向南依次布置了4条东西向勘探线, 分别为1120、1080、1040及1000号线, 以了解综合园区地层结构、地质构造、地下水异常等地质条件, 最终确定地下热水的空间配置及平面位置。

4.1 断面图综合分析

从 (图3) 各断面图视电阻率变化情况看, 由西向东, 同一水平地层视电阻率呈递增趋势, 而同一视电阻率趋势线由西向东呈由深变浅的趋势, 这通常反映某一地层的埋藏深度变化情况——地层总体为向东抬升, 或者说是由东向西地层呈倾伏之态。

4.2 构造与含水性分析

从1040线与1080线2 000 m深度视电阻率对比情况看, 1080线视电阻率在600 Ωm, 而1040线在300 Ωm左右, 两线间存在较大的视电阻率差异。造成短距离内视电阻率出现较大差异的原因, 通常是岩性发生突然变化。导致岩性突然变化的因素往往是有断裂构造或裂隙发育带存在[6]。结合相邻视电阻率断面图分析, 从1040线100点附近向南西方向存在一个低阻异常带, 该异常经1000线320点附近延伸出控制范围。从该低阻异常带分布情况及数值看, 为构造裂隙水的可能性较大, 而且温度较高。

5 结论

利用计算机对此次物探勘测所获CSAMT数据进行处理, 结合已知资料进行分析、解释, 对拟建综合园区下地层的赋水性作出了评价。

(1) 勘测区内地层由浅至深, 视电阻率呈规律性升高, 表明地层由浅至深变质程度逐渐增高, 地层沉积稳定, 没有大的褶曲构造存在。

(2) 在测区南部1040线附近, 有一低阻异常向南西方向延伸, 可能为构造富水带, 有热泉上升的可能性。

(3) 从获得的视电阻率断面图上看, 在300 m左右深度存在一低阻异常区域, 可能为富水含水层, 但地下水温度要明显低于构造富水带。

参考文献

[1]程久龙, 王玉和, 于师建, 等.巷道掘进中电阻率法超前探测原理与应用[J].煤田地质与勘探, 2000, 28 (4) :60-62.

[2]吴荣新, 刘盛东, 周官群.高分辨地电阻率法探测煤矿地质异常体[J].煤炭科学技术, 2007, 35 (7) :33-34.

[3]黄俊革, 王家林, 阮百尧.坑道直流电阻率法超前探测研究[J].地球物理学报, 2006, 49 (5) :1 529-1 537.

[4]刘志刚, 赵勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京:中国铁道出版社, 2001.

[5]刘志刚, 赵勇, 李忠.隧道施工地质工作方法[J].石家庄铁道学院学报, 2000, 13 (4) :1-5.

[6]刘斌, 李术才, 李树忱, 等.隧道含水构造直流电阻率法超前探测研究[J].岩土力学, 2009, 30 (10) :3 093-3 101.

可控源音频大地电磁法 篇2

关键词：可控源音频大地电磁法；隐伏活动；断裂层；探测

前言：可控源音频大地电磁法是电磁法的一种，其具备很多自身的特点和优势。由于地壳运动及地震的频频发生，导致矿区隐伏活动大量出现，导致地层发生断裂，对周边环境等造成较大的安全威胁。利用相应的电磁法对所在区域加以测量和探测，搜集相关数据，并制定解决方法，提高隐伏活动断裂的探测水平及效率，丰富数据资料。

1 CSAMT工作原理

CSAMT（可控源音频大地电磁法）主要利用人工控制场源加以频率探测。由于人工场源能够有效解决信号微弱的问题，通过此方式将地面的波全部当做平面波，在频率较低的情况下会发生电阻减少的状况，并且坐标中出现45度角的现象，从而产生进场效应。在将数值校正后，加以CSAMT的反演[1]。CSAMT主要观察地面，而由于电极产生的波来自不同的方向，且其运输方法通常为地面波、地层波、天波等。而不同的波種类其长度存在一定的差异。

2区域地质状况

山东省某地区为平原，其地质构成主要为断裂层，断裂方向为北东及西东两个方向，断裂区域繁多，褶皱发育较为完整。依照相关地质数据，此地区的北东断裂区和西东断裂区有交点。此区域共有4系构成，主要为奥陶系、青白口系、侏罗系、石炭系等等。利用对不同岩层的计算和搜集，并且结合原有的岩石电阻数值，可以将此地区的电阻率划分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的等级。此区域的不同岩层存在很显著地电阻差异，而因此电磁法师应用岩石的电性差异加以测深的，所以此地区能够满足此电磁法的要求和使用条件。如图1为山东省某地区地形地势图。

图1：山东省某地区地形地势图

3野外数据搜集

本次测量中，采用V-8（加拿大凤凰公司生产）设备展开勘探，通过利用此电磁法对资料加以搜集。通过运用其中的一个场源计算电场和磁场的分量。而分别设置水平和竖直两条测量线，并且保证竖直方向呈90°角[2]。整个CSAMT系统还包括磁探头、不同电极、辅助接收机、发射机等等。发射机应保证最高功率为20000瓦，且最高输电U为1千伏。

如要达到搜集到准确有效的数值，应选用恰当的参数（电流值、信号频率、收发之间的距离等）加以探测和工作。发射偶极之间的距离为1200米，收发距离为600米。由于有用的信号并无法全面地防止信号变弱。然而由于其所在地区的地势、周边环境、物质等都存在不同，会对发射信号、场源、电阻值等形成一定的影响。因此如果要保证信号的有效，则应选择正确的收发距离，并且确定电极长度，由此能够很大限度上保证得到的资料和数值的准确有效。勘探过程中，选取合适的频率，最大频率值为7.7×103赫兹，最小频率值为1赫兹。并且对水平分辨能力，设置其接收信号的距离是30米。并且将相关信号发射等设备纳入考察标准中，增加控制信号的性能，实现数值准确率提高的目标。如想最大程度保证数据的重叠数量科学合理，避免被周边环境影响，需要将整体频率值的搜集时间定到40分钟到90分钟之间。

4数据处理

通常情况下，数据处理的成果和野外数据采集的成果有着极大的相关性，在将相关野外数据进行搜集整理过程中，应将不合理和不需要的数据排除，避免其影响整个测量结果。利用V-8仪器设备，并采用可视软件等进行数据的统计和计算管理，其能够在很大程度上达到勘探目标[3]。在讲数据存入和统计后，保存在计算机中，并且将其打印出来，使得数据表达更加直观和直接。数据反演也是对隐伏活动断裂探测的重要流程之一，利用合适的反演方式加以准确评价，并且利用NLGG技术实现所有数据的反演。对此地区的反演方法可以选择二维模式，选择光滑度适当的参数（20左右），将视电阻率与相关数据的差错空载在2%～4%之间。由此观察到，其断裂区域的断距是200米，另一断距为100米，两个断面呈65°角，且断裂的S方向与N方向的岩层存在非常显著的不同和差异，可见其S方向的岩石构造主要为泥岩，且视电阻率较低，而N方向的岩石主要为火山岩，视在电阻率较高。在此基础上确定钻孔位置，则可实现深度勘探。

结论：隐伏活动断裂的出现很大程度上受到地震、地壳运动的影响，为煤矿开采等工作造成一定的困扰和安全隐患。利用人工场源能够提高抗干扰能力，保证信号的强度。而可控源音频大地电磁法正确利用这种方式实现探测的，应广泛并深入应用到隐伏活动断裂探测中。

参考文献：

[1]陈长敬，丁培超，罗士新.可控源音频大地电磁测深在隐伏断裂勘察中的应用研究[J].价值工程，2011，09（29）：295-297.

[2]成江明.可控源音频大地电磁法在隐伏煤矿区的应用[J].地球物理学进展，2010，04（12）：1269-1272.

[3]李立民.可控源音频大地电磁法在秦岭输水隧洞断裂勘察中的应用[J].中国农村水利水电，2014，08（03）：131-133.

可控源音频大地电磁法 篇3

1 可控源大地电磁法工作原理

在CSAMT勘探中,往往研究的是均匀半空间电或磁偶极子在地面上的场,这是因为构造电磁法勘探是在地面上进行观测的。众所周知,偶极天线产生的电磁波实际上是向四面八方辐射的(见图1),就波的传播途径可分为天波、地面波和地层波。电磁波在空气中的波长为c/f(c为光速;f为频率),地中的波长为[107/(fσ1)]1/2。可见电磁波在地下的波长远小于空气中的波长, 这样一来沿地表传播的地面波(用S0表示)和直接在地中传播的地层波(用S1表示)在某一时刻t时,由于波程差,就会在地面附近形成一个近于水平的波阵面,造成一个几乎是垂直向下传播的S*波,即近似的水平极化平面波。S0波、S1波和S*波在传播过程中均与地下地质体发生作用,并把作用结果反映到地面观测点[1,2]。

2 采空区的地质条件及地球物理特征

1)地层:奥陶系下统(O)下部冶理组为灰～浅灰色白云岩、泥质白云岩夹深灰色结晶白云岩,中上部亮甲山组以灰～深灰色白云质灰岩、泥质白云岩为主,夹浅灰色薄层钙质泥岩。2)石炭系(C):本溪组(C2b)为深灰、灰、深灰色及小量紫红色铁质泥岩、铝土质泥岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩组成。太原组(C3t)为灰白、灰、深灰色砂岩、砂砾岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、高岭质泥岩及煤组成,煤层中有煌斑岩侵入。3)二叠系(P):下统山西组(P1s)主要由灰白、灰色砂岩、砂砾岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩组成,夹有煤层,煤层有煌斑岩侵入。下统下石盒子组(P1x)主要由灰白色、深灰色、紫红色砂岩、砂砾岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。上统上石盒子组(P2s)主要由灰白色、浅灰色、淡绿色砂砾岩、砂岩及紫红色、淡绿色、灰色粉砂岩、砂质泥岩组成。4)侏罗系下统(J1):探测区内为一套陆相沉积,以粗粒碎屑岩为主,加局部可采煤层。该地层主要分布在地势较高部位,电阻率较高。5)第四系(Q):为冲积、洪积层,由砾石、砂组成,分布于现代沟谷中。电阻率变化较大。在煤层正常赋存情况下,煤层电阻率明显高于其他围岩,当其被采空后,电阻率变得更高,而当采空区充水后,其电阻率降低至十几个欧姆米。

3 采空区的资料解释

通过对视电阻率资料的处理,圆滑了曲线,校正了静态位移,就可以进行反演解释。本次采用了两种反演解释方法,即拟二维CSAMT反演法和博斯蒂克直接反演法。

图2是拟二维CSAMT反演法迭代拟合曲线,实测曲线和最后迭代修改模型曲线拟合差较大(近10%),两者重叠不好。博斯蒂克直接反演法效果图和采用拟二维CSAMT法反演同一剖面的效果相比,前者好于后者。从两剖面看出,所反演的电性层次和深度基本一致,但是博斯蒂克法反演剖面层次比较清晰,符合本区煤系地层稳定,产状近水平的规律。对本区CSAMT资料的解释以博斯蒂克法反演的结果为主,适当参考拟二维反演结果。

我们从电性上解释视电阻率剖面图,由上而下将其分成5个电性层,见表1。

从表1和剖面图结合分析来看,中上石炭系(C3t+C2b)电性正常时是比较高的,现在却变成0.25 Ω·m～4 Ω·m,如此小是难以想象的。这要从地质上找原因:山4号煤层及3号～5号煤层普遍被煌斑岩顺层侵入,烧烤为天然焦,炭质石墨化,电阻率变得很低;测井的视电阻率曲线几乎靠近零线。这样煤的焦化部分形成低阻强屏蔽层,既使其邻近的上层视电阻率变低,更使下伏岩层被屏蔽,比正常的视电阻率低很多。

从L3线纵剖面图可以看出:以320 m(相当横L16线)为界,两侧对应石盒子组的电阻率有明显变化,0 m～320 m(L0线～L16线)低,320 m～600 m(L16线～L30线)高。这和前面分析的规律是一致的,产生这种现象有其内在原因。

我们知道,测区内的煤系地层近水平产状,岩层岩性(包括物性)横向稳定,纵向相差明显。现在出现对应石盒子组的电阻率的明显而有规律的变化,是和地下采矿活动有关。

当地下煤层被采空或下塌,上覆地层应力发生变化,甚而发生宏观或微观破裂,使其电阻率上升。这便是上覆地层视电阻率变高的原因,也是我们判断下伏煤层被采的依据。

根据上述对采空区解释的依据,我们分析了测区所有纵、横测线的视电阻率剖面图,并切出不同深度的视电阻率平面图,以便更直观的圈出采空区范围。我们解释的采空区范围基本上和-200 m深的视电阻率相对高值区吻合。电法解释的采空区和地震解释的范围大体一致,因此解释的采空区是可信的。

4结语

正常采空区的电阻率是很高的,当低阻屏蔽层下面有采空区时,从可控源音频大地电磁视电阻率剖面上看,屏蔽层下面采空区的电阻率是很低的,不知道其地质原因,解释结果可能就是错误的。当地下煤层被采空或下塌,上覆地层应力发生变化,甚而发生宏观或微观破裂,使其电阻率上升。这便是上覆地层视电阻率变高的原因,也是我们判断下伏煤层被采的依据。

摘要：从可控源音频大地电磁法的工作原理、地质条件、地球物理特征、应用效果分析等方面介绍了可控源音频大地电磁法在煤矿采空区探测中的应用,分析认为,可控源音频大地电磁法探测煤矿采空区是可行的。

关键词：可控源音频大地电磁法,采空区,电阻率

参考文献

[1]何继善.可控源音频大地电磁法[M].长沙:中南工业大学出版社,1990.

可控源音频大地电磁法 篇4

关键词：浅部；地下水；勘察；可控源音频大地电磁测深

前言：近几年，山东省干旱地区情况严重，寻找水资源帮助旱区任务迫在眉睫。只有找到丰富的可利用地下水，将水资源运往灾区，才能优化水资源分布，为旱区减轻灾难程度。如今，可控源音频大地电磁测深作为一种电磁法，在水资源开采和勘察中应用广泛，受到高度关注。其利用自身的测量方式和反演电阻率推断方法，高效地估算了赋水点，为浅部地下水勘察工作带来了便利和参考。

1地质概况

如今，我国干旱地区面积逐渐扩大，总面积超过了我国总面积的1/2以上，其中山东省隶属于较为严重的省份之一[1]。山东省无论是在生产还是人们的生活中，都面临着严重缺水状况。由于很多省内很多地区的地址条件较差，地势高低不平，干扰信号较强。A市为与山东省中部，缺水问题严重，本市的水文局在2014年提出了开展“地下水勘察工程”，对其将近50个地下水点进行了勘察，整理综合了所有的影像。此区域有大断裂带，部分断裂区域占地1000m多，由白云岩、碳质岩、灰岩等组成，厚度达400多米。虽然近几年A市开展了对地下的勘察工作，但开展力度仍不足，对其深度的掌握不够仔细和全面。其浅部视电阻率为15-18Ωm。

2测深技术应用

可控源音频大地电磁测深主要通过人工控制来进行场源测量频率[2]。这种方式能够避免受到A市地区信号弱的问题，且测量深度较深，发出高频率电波时能够准确地掌握地下水点，并利用MT的方式进行计算和估量。这种电磁法能够帮助山东省A市更好地勘察浅部地下水，并解决干旱问题。如图1为该地地质、地形和电性状况。图2则为可控源音频大地电磁测深工作原理和过程。

根据所在地区的地形和地质条件，应尽可能保证测量线和岩溶发育地区成90°角，以此供应旱区水资源。依照正常规定的电性信息，其碎屑岩部分电阻应保证<180Ωm，碳酸盐岩电阻应保证为500Ωm

另一个区域主要为灰岩和碳质岩构成，并在东边位置存在一个断带层，估计测量线路应位于水平次生的裂开位置，依照缺水程度和勘察数据，进行测线布局（基本保持角度<50°）[3]。可控源音频大地电磁测深主要针对截面面积进行测量，其反演浅部的电阻产生数值不高，深度和电阻率成反比，因此可以估计出两个低阻区域是地质岩石断裂造成。同样此地区的岩层较浅，多为夹碎岩石。依照地质条件信息可以看出，此处断裂带为打进开采浅部地下水的极点。衡量A市地区的现实地势和周围用水居住人获取水的便利程度，可将设计井的位置定在剖面为180m处，打孔深度约为131m，出水量为120m?/h。

在可控源音频大地电磁测深的最后一个断面中可见，其存在的电阻率数值小，且在68m左右有水平的间断，此处为断裂出现。300m和600m处电阻率非常低，且多为碳酸盐夹碎岩石成分。300m为电阻极小值，可在此位置设置井，以开采浅部地下水。挖孔深度为190m，出水量为30m?/h。

A市此地域由于地址复杂，干扰较多，因此增加了浅部地下水勘察难度。通过利用可控源音频大地电磁测深在第四系区域进行测深和勘察，其有效地克服了信号弱问题，精确判断断裂带的位置，并通过截面和断面影像，采用静态校正估量断层偏向方向。对开采地下水的井位置及其深度以及出水量断定，尽可能更好地缓解山东省A市地区干旱缺水的状况。

结论：可控源音频大地电磁测深具有很多优点的自身特性，其通过利用断面，计算平面波状况，并进行进场校正，利用反演和断面测深，断定开采水的最佳位置。这一电磁法在山东省A市干旱地区应用，能够有效解决其缺水问题，并具有效率高、准确性好、抗干扰能力强等优点，更好地优化了山东省的水资源配置，保证居民的用水需求得以满足，提高浅部地下水勘查水平。

参考文献：

[1]黄启春，景朋涛.可控源音频大地电磁测深法在煤矿采空区积水区勘查中的应用[J].工程地球物理学报，2012，10（03）：296-300.

[2]雷晓东，关伟，郭高轩，朱丽琼.可控源音频大地电磁测深在北京延庆盆地东部岩溶水勘查中的应用[J].工程勘察，2014，05（09）：892-898.

可控源音频大地电磁法 篇5

1 方法简介

可控源音频大地电磁法 (CSAMT) 结合了大地电磁法和音频大地电磁法的优点, 并以此为基础发展出一种探测方法, 它基于电磁波在介质中传播的趋肤效应原理, 通过改变人工场源的频率, 实现不同深度的探测, 该方法具有探测深度大、分辨率高等优点, 同时, 由于人工场源采用大功率的发射设备, 使其具有很强的抗干扰能力。测量装置如图1所示。

该方法的基本原理是根据电磁波传播理论和麦克斯韦方程组导出卡尼亚电阻率计算公式为:

式中:f为发射频率 (Hz) ;Ex为与场源平行电场水平分量;Hy为磁场分量。由上式得出, 只要在地表从高频到低频逐个改变频率时, 同时观测到Ex和Hy两个分量参数, 就能计算出阻抗电阻率, 通过多测点、多深度的反演电阻率数据建立电性结构以及对电性结构特征的研究, 达到解决地质构造问题的目的。

1.供电电源;2.供电电极;3.测线;4.发射机;5.八道接收机同测量相邻7个测点的Ex和排列中心的Hy.

2 应用实例

2.1 地质概况

工作区位于甘肃东南部, 是典型的黄土塬地区类型, 此次勘查的目的是查明白垩系罗汉洞组含水层的位置, 同时对富水性进行简单的评价, 为下一步井位设计提供地球物理依据。

据《鄂尔多斯盆地陇东能源基地地下水勘查可控源音频大地电磁测深法》中的物性资料, 认为, 区内第四系电性变化不大, 形成次低阻;新近系为区内次高阻电性层;白垩系中间厚层为低阻电性层;三叠系和二叠系中间厚层为低阻电性层, 上部和下部为高阻电性层。总体上, 在地层层序和岩性上存在一定的电性差异, 具备开展电法工作的地球物理前提。

2.2 工作方法

数据采集采用美国Zonge公司生产的GDP-32Ⅱ型多功能电法工作站, 发电机功率为10kW。场源采用赤道电偶极装置, 采用接地电偶极距AB为1.2km向地下供电, AB方向误差小于3°, 测量电极采用不极化电极, 接地电阻小于10kΩ, 发射频率:1~8192Hz, 收发距选择6km左右。

数据处理与反演采用美国Zonge公司GDP-32仪器配置的scsinv处理软件。在数据预处理方面, 观测数据进行了畸变点剔除、曲线圆滑等工作。数据处理时进行了近场、静态较正, 根据本区的实际情况, 反复试验选择了参数。处理后利用surfer软件绘制各条测线的视电阻率断面图。

2.3 成果分析

本着”从已知到未知“的物探工作原则, 在工作区的城关镇已知井 (深度490.6m) 处以同样的装置进行了测量。从已知井视电阻率断面图与测井图对比, 可以看出, 各地层岩性与电阻率的对应关系, 标高1420~1330m为第四系 (Q) 老黄土;标高1330~1100m为白垩系罗汉洞组 (K15) 粘土、中砂岩、细砂岩、泥质砂岩、泥岩, 深度在90~320m左右, 为本次找水的目的层。标高1100~830m为白垩系环河组 (K14) 中砂岩、细砂岩、泥质砂岩、泥岩, 深度在320~590m左右。标高830~580m为白垩系华池组 (K13) 泥质砂岩、中细砂、中粗砂岩, 深度在590-840m左右, 电阻率为40~159Ω.m, 含水性相对较好。如图2所示。

根据已知水井岩性与电阻率的对应关系, 结合其他两个地点的电阻率反演剖面, 推断两个拟定井位的地层岩性及水文地质条件, 为水井设计提供依据。

通过CSAMT二维反演资料, 结合一维资料及区域水文地质特征, 推断划分了勘探点的地层, 自上而下分别为:第四系 (Q) 黄土 (0~110m) , 白垩系罗汉洞组 (K15) (75~410m) , 白垩系环河组 (K14) 砂质泥岩 (355~690m) , 白垩系华池组 (K13) (451-920m) 。地下水含水层在各地层段有分布, 区域水文地质资料显示, 各段矿化度差异较大。较理想的取水层位为罗汉洞组 (K15) 和白垩系环河组 (K14) , 取水层位为255~700m, 预计出水量约500~1000m3/d, 矿化度约1g/L。初步设计了水井的位置和深度, 通过钻孔验证, 证明与可控源音频大地电磁法推断的地质情况较吻合, 减小了打井成孔的盲目性, 产生了很好的经济效益。

3 结论

可控源音频大地电磁法对查明地下地质情况, 寻找低阻体赋存位置、划分深部地质构造具有很明显的优势, 充分利用这些优势可以勘查黄土塬区地下水资源的状况, 为水资源后期开发利用提供地球物理依据, 从而提高地下水资源的开发效益, 减少风险投资, 为当地经济发展做出巨大贡献。

摘要：可控源音频大地电磁法 (CSAMT) 具有探测深度大、分辨能力高等特点, 广泛应用于地下水资源勘查、金属矿产勘查和石油勘查等领域, 尤其适用于圈定地下水资源的空间位置、规模、连通性等钻前勘查工作。应用该方法在甘肃黄土塬地区寻找地下水, 取得了良好的地质效果, 说明, 可控源音频大地电磁法用于黄土塬地区找水是行之有效的。

关键词：可控源音频大地电磁法,黄土塬地区,地下水,应用

参考文献

[1]李相民.可控源音频大地电磁法在变质岩地区找水一例[J].地质学刊, 2010, 300-303.

[2]罗文广, 李百祥.陇东地热系统初步分析及平凉地热开发可行性探讨[J].甘肃科技, 2006 (14) , 35-109.

[3]侯光才, 张茂省.鄂尔多斯盆地地下水勘查研究[M].地质出版社, 2008, 54-73.

[4]孙林.可控源音频大地电磁法在地热资源勘查中的应用[J].河北煤炭, 2010, 47-49.

可控源音频大地电磁法 篇6

某铅锌矿的矿产资源不足, 急需寻找深部接替资源。而传统的时域激电方法的探测深度已不能满足矿山深部找矿的需要。可控源音频大地电磁测深法 (CSAMT) 最早由加拿大多伦多大学的D.W.Strangway教授和他的研究生Myron Goldtein于1971年提出[1], 可控源音频大地电磁法 (CSAMT) 具有勘探深度大、横向分辨率高、抗干扰能力强的特点, 决定采用该方法在与本矿区勘探线重合的4条剖面上布置1:5000可控源音频大地电磁法剖面测量8Km, 物理点404个, 目的是确认该物探方法在寻找铅锌矿 (层) 的找矿效果;验证断层、含矿层在地下高阻柱 (面) 状体和低阻柱 (面) 状体的电磁响应情况及特征表现;通过单独或联合反演, 确定地下介质的电性结构与分布, 寻找具一定规模的低阻目标体或高阻目标体, 通过立体电性填图, 圈定控矿构造带和成矿母岩 (目标矿体或含矿母岩) , 推断矿体的找矿潜力。

2 地质及地球物理特征

该成矿带主要赋存于震旦系上统灯影组顶部白云岩层间破碎带和断裂中, 主矿体长1255m, 厚0.9-14.59m, 平均4.60m, 矿石平均品位Pb4.78%, Zn2.6%。本区铅锌矿体呈似层状、脉状和透镜状产出, 严格受层位、岩性及构造的控制。矿体主要赋存于含硅质条带微、粉晶白云岩中, 矿石矿物主要为方铅矿、闪锌矿, 次为菱锌矿、水锌矿, 偶见白铅矿、黄铜矿、孔雀石及铜蓝等。围岩蚀变以硅化为主, 次为方解石化、重晶石化和白云石化。

3 CSAMT法的应用效果

通过对工区4条剖面上的单点电阻率曲线分析, 除个别点外, 电阻率曲线多为四层KH型。如插图1所示, 曲线高频段电阻率ρs值较低, 呈快速上升状, 为浅部风化地层或第四系地层的电性反映;中高频段多呈上凸或平直状, 应为中-浅部砂岩层的电性反映;中频段曲线下凹, 应为碳质砂岩层、粉砂岩层、泥岩层综合电性反映, 下凹段的电阻率最低处应为含碳质粉砂岩层的中心位置, 电阻率曲线极小值以后的拐点则指示着接触带位置, 是本次寻找铅锌矿体的目的位置;低频段, 曲线平缓上升, 应为白云岩层的电性反映, 低频段尾部部分曲线呈45°直线上升, 应为近场效应所致, 但其已超出设计勘探深度范围, 不对本次勘探造成影响。

本次数据处理和反演使用成都理工大学的MTSOFT2D软件, 首先在地质资料已控制的2线剖面上, 反复进行预处理、近场校正、静态校正等程序, 以确定不同地质体的电阻率处理程度, 从已知到未知, 再处理其他认识程度较低的剖面。由于地表的不均匀或地形变化引起的静态效应[3]是电磁法里不可回避的问题处理时结合地质资料, 对地形起伏较大, 电阻率较高的地方静态校正的处理力度较大。经过反复试验, 最后确定反演采用OCCAM1D模式, 反演后用SURFER成断面图。

如插图2所示, 纵观各断面整体情况, 各断面形态相似, 具有以下共同特性:

(1) 所有电阻率断面图由上至下大致可分为低-高-低-高四层, 大致反映了本区地层垂向分布情况为:表层第四系覆盖-浅部砂岩层-中部富水砂岩层-深部白云岩层。

(2) 断面东段中部均发现一层低电阻率异, 异常层状产出, 条带形, 异常顺地形坡向倾斜明显, 可能为本区含水层。

(3) 断面西端的低电阻率异常 (7线不太明显) “突兀”, 低电阻率处两侧, 电阻率等值线梯度明显变陡, 可能为两条断层破碎带及富水砂岩影响下的综合反映。

物探成果与已有地质资料映证很好, 进一步验证了CSAMT物探方法对圈定控矿构造带和成矿母岩 (目标矿体或含矿母岩) 的方法有效性。

4 结论

CSAMT法工作实践表明, CSAMT法大致查明了矿区的构造情况, 查明了已知断层的走向及延伸情况, 新推测发现断层4条, 并且再次确证了矿区东部的低阻异常, 物探推测为本区含水层即富水砂岩层引起, 但在砂岩与白云岩的接触带上有找到铅锌矿的可能。

从整个检测结果而言, 笔者对于矿区发展的建议:

4.1 通过本次工作, 确认了矿区褶皱构造的存在, 它是成矿的有利部位。在物探推测的成矿有利部位应加强后期地质查证工作, 必要时可投入工程验证工作。

4.2 矿区东部的低阻异常规模较大, 物探推测在其下部的白云岩接触带上有找到铅锌矿的可能, 建议加强地质查证工作, 必要时可投入工程验证。

摘要：文章介绍了可控源音频大地电磁法 (CSAMT) 在某铅锌矿上的应用效果。首先在已知地质剖面上进行了方法的有效性研究, 确定合理的数据处理解释方法, 认识矿体与CSAMT异常的对应规律, 进而根据区域地质背景、成矿条件, 在确定了勘探区后, 开展了CSAMT的探测研究。通过对CSAMT资料的数据处理, 定性、定量解释和地质推断, 圈定控矿构造的有效性, 大致查明了矿区的构造情况。

关键词：CSAMT,地质剖面,数据处理

参考文献

[1]何继善.可控源音频大地电磁法[M].长沙:中南工业大学出版社, 1989.

[2]于昌明.CSAMT方法在寻找隐伏金矿中的应用[J].地球物理学报, 1998, 41 (1) :133～138.

可控源音频大地电磁法 篇7

关键词：可控源音频大地电磁,铁路隧道,不良地质现象,电阻率

0 引言

铁路隧道洞身穿过地段的断裂破碎带、软弱或含水岩体、岩溶发育等地质现象是隧道施工过程中的巨大隐患,先期的不良地质调查可规避可能存在的巨大施工风险[1,2]。隧道洞身埋深多超过百米,直接有效的方法当然是钻探,但由于其间距大,成本高且效率低,特别是在地质条件复杂地区缺乏代表性,因而,采用高效快捷的高密度阵列测深法有比较现实的意义。研究表明完整岩体和破碎、软弱岩体以及富水和岩溶发育区在电阻率参数上存在明显差异,通过研究电阻率参数的变化及差异可以实现对不良地质体和围岩级别的划分。V8可控源音频大地电磁法(CSAMT)是主动源频域电磁测深法,具有工作效率高(单排列可采集9个测深点)、水平分辨率强(点距一般10~20m)、纵向频点数灵活(可灵活设置频率表范围和频点数)、受高阻屏蔽作用小、对低阻层(体)反映灵敏、探测深度适中等优点;同时采用单发双收或双发双收可极大降低生产成本和提高工作效率,因而在铁路隧道勘察阶段得到广泛推广和使用。文章结合云桂线定测阶段可控源成果进行具体实例分析。

1 工作方法及参数选择

CSAMT法野外测量采用赤道偶极装置进行标量(TM)方式观测[3]。选择发射源位置时应结合测线平面位置,确保发射偶极距平行于测线;收发距选择原则是保证接收站在远区范围且信号强度足够大,一般要求收发距不小于10km,供电电流11~19 A,因而处理接地电阻是施工顺利开展的保证;为增加观测信号的强度兼顾供电线质量,供电距一般选择2~3km。接收距MN一般为20m,观测曲线的不连续或误差棒大多是信号弱的表现,需增大供电电流。频率表参数设置遵循趋肤深度公式,也就是根据勘探深度和围岩的电阻率设置,同时兼顾工作效率,通过加密测点可一定程度上提高纵向分辨率。发射机按频率表循环发射基于每天UTC时间00:00:00的波形,高频最大发射电流与供电线感抗相关,可以通过拐点频率的设置来调整。

2 资料处理

2.1 数据解编

V8可控源资料的预处理首先是利用自身CMTpro程序把通过GPS同步采集的数据进行单排列计算,获得视电阻率和相位,继而进行初步的挑选编辑后输出处理软件所需要的文件格式。在此基础上再次进行数据的剔非值、去噪、圆滑、静校等处理。

2.2静态识别与校正

静态效应是频域电磁法普遍存在的问题,处理的好坏直接影响到资料的解释结果。引起静态的主要原因是地表电性体横向不均匀性引起的电荷积累效应[4]。相对于相邻测点而言,受静态影响的视电阻率曲线形态连续性基本是一致的,仅表现为在双对数坐标中整体的上升或下降,相位曲线的形态和位置不受影响,否则,应考虑与地质构造因素有关。图1(a)相邻测点的曲线形态相似,表现为沿坐标轴的整体平移,图1(b)经剖面汉宁窗口滤波后受静态影响的曲线得到较好的归一。

2.3 资料反演

V8可控源反演配套软件一般为专用于大地电磁处理的MTsoft 2D和地球物理非地震处理软件包Winglink。前者接口友好,反演信息丰富,在降低静态效应和二维反演方面有其独到之处,但电阻率反演模型的优化需结合一定的先期经验和地质认识;后者二维反演模型采用非线性共轭梯度法,可进行用户自定义的带地形二维电阻率反演,能有效地降低因地形等因素造成的静态影响,其模型初始设置和参数选择比较关键。

3 应用实例

3.1 基本概况

新建铁路云桂线起于广西南宁市,经隆安、平果、田东、田阳、百色,云南富宁、广南、丘北、石林、宜良,终止于昆明市南站。铁路线全长745.7 km,沿线地质构造复杂,岩性变化大,穿过南盘江坳陷、马关隆起、昆明盆地等构造单元。数据资料统计表明:砂岩、泥岩、板岩及页岩的电阻率值低,在10~200Ω·m;灰岩的电阻率最高,数值可达几千甚至上万欧姆米;断裂破碎带、富水和岩溶发育、矿化区电阻率相对围岩则明显偏低。

3.2 解译原则

CSAMT法属于电磁类物探方法,利用的是不同地层或同一地层中不同赋存结构之间电阻率参数差异,依阻值高低及分布形态来判识地层界线、地质构造及不良地质体,继而实现隧道围岩分级。影响岩(土)电阻率大小的主要因素是矿物成分、结构、构造及含水情况等。解译时应遵循定性、定量认识与地质剖面调查、钻探相结合的原则。首先基于隧道实际地质情况和二维反演剖面整体电阻率阻值大小来确定划分围岩级别的标准,而后根据不同的岩性中电性特征圈定不良地质现象。局部岩溶发育、破碎、软弱或含水岩体在电测深曲线上比较典型的现象为视电阻率曲线在上升或下降期间出现局部相对下凹、缓平或相位曲线陡变(如图2所示),在电阻率断面图上显示为团块状闭合圈或片状低阻异常;断裂破碎带及影响带在曲线上多表现为横向突变、不连续,电阻率断面图上多表现为成条带状或串珠状低阻异常,等值线梯度变化最大处对应破碎带的边缘;岩性边界在曲线上表现为横向突变,在电阻率断面上表现为梯度带两侧电阻率阻值的明显差异或高低阻团块状相间的过渡带。

3.3 成果分析

根据铁路隧道围岩分级标准,宏观上可以把物探数据解释的异常区域等级与围岩级别相对应[5]。以表1灰岩(板、砂、页岩)为代表的高阻(低阻)分布区围岩级别划分标准为例,物探Ⅴ类异常对应极破碎、极软弱或富水岩体或岩溶强烈发育区,电阻率小于150Ω·m(10Ω·m);物探Ⅳ类对应破碎、软弱或含水岩体或岩溶中等发育区,电阻率阻值在150~560Ω·m(10~40Ω·m);物探Ⅲ类异常区域对应较破碎和较软弱岩体,电阻率阻值在560~2000Ω·m(40~200Ω·m);物探Ⅱ类异常区域对应较完整岩体,电阻率阻值大于2000Ω·m(200Ω·m)。异常区域等级划分需依据隧道穿越的岩性地质构造整体情况和反演断面图中电阻率阻值大小、变化(梯度)以及低阻异常形态、高阻(低阻)空间展布等特征,并结合地质调查、测绘及钻探资料,重点判释隧道洞身附近。由此知,不同岩性、不同工段在级别划分上标准存在差异,地质地层的综合认识是隧道围岩级别划分和成果认识的基础。

3.3.1 高阻分布区

隧道洞身穿越地段为石炭—二叠系灰岩,多伴有喀斯特地貌,岩溶发育。电性特征表现为电阻率以高阻为背景,阻值在几千至上万欧姆米,局部偶夹团块状或片状低阻,阻值小于1000Ω·m,围岩总体上较完整,岩溶较发育。

灰岩区电阻率类型大致分两类,一类为KH、K型,曲线首支总体表现为A型,上升变化缓慢,为浅部风化地层的电性反映,而后平缓上升,为较破碎、软弱岩体或较完整基岩的电性反映;第二类为Q、H、QH型,首支上升及下降均较缓,岩体相对较完整。两种曲线在上升或下降过程中局部的平直或下凹与不良地质体的存在有关,如相对整条剖面而言出现连续多个测点,且总体上电阻率值偏低,则考虑断层破碎带的存在。围岩分级如图3(a)所示,在电阻率断面图中DK491+740~DK491+800和DK492+430~DK492+455两段洞身附近,电阻率等值线畸变,成低阻团块状圈闭,相对围岩阻值变化大,灰岩内部的低阻圈闭多与岩溶发育富水关系密切,表明该段岩体极破碎、极软弱或岩溶强烈发育。在DK493+550~DK493+635段电阻率普遍偏低,近地表相对偏高,约上万欧姆米,其洞身下部等值线畸变,片状低阻范围较大,电阻率阻值在100Ω·m以下;该段附近沿线存在沟谷河流,其低阻电性特征与岩体极破碎、极软弱、岩溶强烈发育富水密切相关;DK492+875~DK493+265段两侧等值线呈密集梯度变化,其间存在纵向条带状和串珠状分布的低阻闭合圈,为断层破碎带及影响带。在上述地段施工中要注意预防涌水、突泥和塌方等不良地质现象,并做好隧道超前预报工作。

3.3.2 低阻分布区

研究区上覆第四系粘土及碎石土,部分地段可见风化破碎的变质板岩、片岩或炭质页岩、白云岩及零星铁镁质火成岩。电性特征主要表现为电阻率普遍偏低(10~200Ω·m),且低阻异常体多呈片状展布,局部地段仅见少量高阻团块或条带,围岩总体上极破碎、极软弱富水或矿化。

视电阻率曲线相对比较简单,一类为Q、H型,高频段电阻率值较高,继而缓慢下降,表明地表电阻率较高,随着深度的增加,电阻率值逐渐降低,说明浅部基岩相对完整,中深部基岩破碎、富水、岩溶发育或岩体金属矿化。二类为K型,曲线高频段电阻率值较低,进而缓慢上升,表现为相对缓平的上凸畸变,尾支曲线下降较快,反映了浅部基岩风化破碎、中部基岩相对完整、深部基岩破碎、软弱富水或矿化的电性特征。如图3(b)所示,在DK360+300段附近两侧电阻率值发生比较明显的变化,左侧在10Ω·m以下,右侧约在10~500Ω·m,从低阻体的展布形态上看也表现出片状分布和近带状低阻分布的差异。该段左侧是含铁镁质火山岩,右侧为板岩夹页岩,在二者接触带附近电阻率等值线表现出明显的梯度变化,两侧电性特征也存在明显的差异。

注:等值线标注数值为电阻率值取对数;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的划分同表1

岩体中导电矿物的含量直接影响到了围岩的分级,一般来讲火山岩的电阻率偏高,而含铁镁质火山岩的电阻率值则偏低,该段分布的片状低阻块体与金属矿床的辅存有极大关系,在距隧道入口段(DK359+100)附近钛矿开采场的存在也为上述认识提供了依据。

4 结语

铁路隧道施工中应用可控源成果资料结合地质钻探调查能有效地对围岩级别做出划分,圈定不良地质体,为隧道的设计和施工提供宝贵资料,在超长隧道深层地质勘察中更具有高效、快捷的优点。

观测数据的质量是资料解释的关键,保证高质、高效的措施有处理发射偶极距接地电阻、加大供电电流、增加观测信号强度、适当加密观测频点。

在围岩级别的划分上需结合隧道穿越不同地段岩性地质的认识,合理地掌握分级标准,同时要注意呈低阻特性的金属矿化体对围岩级别划分上的干扰作用,并建议在矿化围岩区做进一步物探工作,以提高隧道勘察副产品的经济效益。

参考文献

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[4]黄兆辉,底青云,侯胜利.CSAMT的静态效应校正及应用[J].地球物理学进展,2006,21(4):1290～1295.

可控源音频大地电磁法 篇8

勘探区位于淮北市西部,属淮北冲积型平原地带。煤系地层之上覆盖有新生界较厚的松散层,对电磁法勘探具有一定低阻屏蔽效应[1];此外,受徐宿弧形推覆构造影响,矿区构造复杂,煤层纵向埋深范围较大,同一层煤埋深标高差可达近千米[2,3];上述2点增加了勘探技术难度。在此次应用电法勘探之前进行过钻探和三维地震勘探,虽对区内地质构造进行了控制,但由于地质条件复杂,煤层的反射波能量较弱,影响了成果解释。此次电法勘探除对煤层顶底板富水性评价之外,还要对区内地层结构分布特征、构造发育情况进行定性分析。目前,在此类地质条件下没有成功的电法勘探先例。因此,此次电法勘探工作极富有挑战性和研究性。

要想取得满意的勘探资料,首先要选择合适的勘探方法,达到勘探深度;其次采用合理的装置和工作参数,以取得高质量的数据。国内煤田电磁法勘探以瞬变电磁勘探(TEM)居多,由于该区特殊地质条件,TEM法难以达到深浅兼顾的勘探技术要求;而可控源音频大地电磁法(CSAMT)频率观测范围10 000~0.125 Hz,较宽的观测频率范围可以兼顾浅部及深部地层的信息[4],保障勘探效果。本次水文物探选用了可控源音频大地电磁法,在野外数据采集前进行了详细试验,选取了合适的工作参数,取得了较为满意的数据,为整个勘探的顺利完成奠定了基础。同时,由于CSAMT勘探是采用了40 m×40 m网度进行的面积性勘探,可以借鉴TEM勘探的经验进行顺层切片和三维成像分析,探查煤层顶、底板富水区及评价断层的含、导水性,对煤矿防治水有指导意义。

1 地质概述

井田处于淮北煤田中西部,宿北断裂以北,徐宿弧形推覆构造中段前缘外侧部位、大吴集复向斜南部翘起端,东有固镇长丰断裂,西有丰县口孜集断裂,南有宿北断裂,北有丰沛断裂[5,6,7]。工作区内揭露地层由老及新依次为奥陶系、石炭系本溪组、太原组、二叠系山西组、上下石盒子组及第四系,其中主要含煤地层为二叠系下统下石盒子组和山西组,主要可采煤层为7煤和10煤。

矿区位于淮北平原水文地质单元区,地下水类型可划分为4个含(隔)水层组:新生界松散岩类含(隔)水层组、二叠系碎屑岩类含(隔)水岩组、石炭系灰岩岩溶含水岩组及细碎屑岩(隔)水岩组和奥陶系碳酸盐岩岩溶含水岩组。7煤、10煤层顶板砂岩水是开采煤层的直接充水水源,水量一般小于30m3/h。第四系松散层砂层水为间接充水水源,富水性不等;开采浅部煤层时,第四系底部含水层水可以通过煤层顶底板砂岩露头、基岩风化带、煤层回采后的冒裂带向矿床间接充水。太原组灰岩水富水性弱—中等,含水性不均一,浅部及断层带附近裂隙岩溶发育,由于10煤层到一灰之间的隔水层厚40~55 m,较为稳定,故在浅部对煤层的开采影响不大;但在深部、特别在-400 m以下及大型断层带附近,该含水层可能会通过导水裂隙进入矿井,影响矿井的生产及安全。奥陶系灰岩水富水性中等—强,含水性不均一,局部岩溶裂隙发育,奥灰水往往通过导水断层和陷落柱成为矿井水害的根源[8]。因此,在开采之前查明煤层顶底板含水层的富水区域和对断裂构造的含导水评价尤其重要[9,10]。

2 地球物理特征

根据矿区内钻孔揭露的地层情况,自上而下不同时期地层岩性分别为:第四系由砂、砂浆与黏土、砂质黏土相间组成;二叠系主要由泥岩、粉砂岩、含砾中粗砂岩组成;太原组岩性主要为石灰岩、粉砂岩、中细粒砂岩、泥岩、黏土岩;奥陶系为一套浅海环境沉积的碳酸盐岩,岩性主要为石灰岩、白云岩。

通过对以往电测深、测井数据统计分析,获得的矿区内岩矿石视电阻率参数见表1。

3 数据采集与处理

3.1 数据采集

此次外业采集为标量CSAMT观测方式,电偶源位于平行勘探线的远区发射,采用与供电场平行的接收电极(Ex)接收电信号,与电场正交的磁探头(Hy)接收磁信号。根据供电电极、接收电极和测线布设方向相对于地质构造走向的关系,CSAMT有TM和TE两种测量模式,此次选择横向分辨率较强的TM模式,以便更好地了解地质体的空间分布特征[11,12,13,14,15]。

采集前结合工作区地电条件,选择合理的施工参数,主要参数包括收发距、最低观测频率、电偶极距、接收极距、发射电流等相关参数。通过在已知钻孔部位的相关试验工作,确定最终工作参数:收发距约10 km,最低观测频率为1 Hz,供电偶极距为1.8km,接收极距40 m、发射电流20 A。试验过程中采集的视电阻率曲线如图1所示,信息显示各频点数据连续,曲线圆滑,采集质量可靠。

3.2 数据处理

工作区内输电线路、厂房设施用电会对数据采集造成一定程度的影响。虽然在野外采集过程中可以通过相关技术手段提高信噪比,如提高发射电流、加大发射电偶极源反射长度、接收端避开干扰源等,但电磁干扰不可避免,需通过相应的数据处理进行改善。此次采集设备为V8多功能电法仪,其自带的预处理软件TEMPRO可对电场及磁场振幅进行频谱编辑,剔除一些干扰严重数据;之后,利用自主开发程序针对电场、磁场原始数据进行人机交互处理,在不失真的前提下,进行滤波处理以提高反演质量;数据反演软件采用成都理工大学研发的Mtsoft-2D软件,单点反演曲线如图2所示。

图2中,单点反演曲线整体呈现A型曲线。该点位于已知钻孔附近,对比钻孔分析,第四系底部视电阻率值最低,随着深度增加视电阻率缓慢上升,为二叠系地层反应,在进入二叠系下石盒子组,视电阻率曲线逐渐平滑,下部通过梁花园滑脱断层破碎带后,视电阻率上升趋势明显。与已知地层结构相吻合。

4 成果分析

裂隙发育带在断面图和顺层视电阻率切片图上表现为相对低阻的异常特征,此次为CSAMT面积性勘探,可通过剖面平面对比方式分析物探异常。

4.1 视电阻率断面分析

1 960线视电阻率断面如图3所示,图3中横坐标为点号,纵坐标为高程。纵向上视电阻值率随深度增加而变大,各地层层状信息明显,通过比对补2-1与10-1钻孔资料,分别标注出各主要地层位置。补2-1揭露F16断层,黑色实线为7煤和10煤底板位置;在标高约-70 m处白色实线为推测第四系底界面,之下为煤系地层。断面图中松散层视电阻率为0~20Ω·m,上石盒子组地层视电阻率为15~40Ω·m,下石盒子组地层视电阻率为15~260Ω·m,与钻孔揭露情况相吻合;横向上,随着点号的增大视电阻率等值线向深部延伸,与下伏地层产状一致,10煤层底板下部高阻体为灰岩反映,断面图地电信息与地层结构基本相同。

断面图360—400点的-100 m标高附近,地层视电阻率明显较低,属煤层露头风化区域,与上覆第四系地层可能存在水力联系;480—520点-400 m标高附近视电阻率等值线呈现明显凹陷,据三维地震资料,F16断层上盘的10煤与其下盘灰岩对接,存在水力联系;640—760点-500 m标高处视电阻率等值线存在明显凹陷,分析为7煤底板的异常区;840—1 000点之间-500~-700 m标高处视电阻率等值线凹陷异常明显,根据地质资料,此处为梁花园滑脱断层破碎异常区。

4.2 视电阻率顺层切片分析

为分析7煤顶板富水情况,分别制作了7煤上30 m、上10 m和7煤底板视电阻率顺层切片(图4)。在煤层露头区域,以F16为界视电阻率明显较低,煤层露头与第四系底部含水层直接产生水力联系,对煤层顶底板有直接补给作用;在勘探区北部F16断层上盘附近存在有较为明显的低阻异常区,推测为富水较强。

通过对视电阻率断面图和顺层切片图等资料的综合分析,此次勘探分别划分了7煤顶底板的相对富水区域,并结合地质资料对三维地震解释大于10m的断裂构造进行了含、导水评价。后期矿井揭露验证此次CSAMT勘探成果理想,对煤矿防治水起到了指导作用。

4.3 对三维地震成果修正

该区域此次勘探之前开展过三维地震工作,但由于地质条件复杂,煤层的反射波能量较弱影响成果解释。图5中煤层底板、F17均为地震勘探成果,F17d为此次CSAMT推断断层位置,该处视电阻率等值线梯度带界面特征明显,推断为断层反应。经过后期揭露CSAMT成果推断位置相对准确。

5 结论

(1)可控源音频大地电磁法具有勘探深度大、分辨率高、抗干扰强、受低阻屏蔽影响小等优点。该方法与煤田勘探常用的TEM相比,可以避免采用TEM法低频发射时浅部勘探盲区较大的缺点,获得的勘探资料在纵向上范围更大。

(2)采用该方法可利用频率域电磁法成熟的二维反演技术,在划分地层结构和大断层探测方面效果良好。

(3)该方法应用于煤田面积性勘探,也可探查煤层顶、底板富水区及评价断层的含、导水性,对煤矿防治水有指导意义。

摘要：刘东煤矿位于淮北煤田西北部,煤系地层被新生界地层覆盖,松散覆盖层厚度80~150 m,可采煤层埋深范围大,滑脱构造发育,地层结构极其复杂,三维地震对该区构造控制也不十分充分。利用可控源音频大地电磁法进行面积性勘探,可对矿区内地层结构分布特征、构造发育情况以及煤层顶底板富水性进行定性分析。在此基础上,结合已知地质情况可对矿区水文地质条件做相关评价,从而对煤矿开采工作给予指导性建议。

可控源音频大地电磁法 篇9

1 勘查思路

内蒙古自治区对已发现含煤盆地不同程度的进行了勘查工作, 现阶段已大致查明了各盆地赋煤情况, 并估算了煤炭资源的远景量, 在现阶段勘查程度下进一步提高远景资源量难度很大, 提高勘查程度只会对资源量级别有影响, 而对总量影响不大;这样下一步需要加大对成煤环境条件复杂地区和受构造影响的沉积等地区的工作力度。

1.1 推覆体下、火山岩下赋煤盆地

这一类型含煤建造在我国的福建连城县及吉林省长白山地区已得到验证, 内蒙古自治区东部有着相似的构造条件。

1.2 构造断陷盆地

晚侏罗世晚期至早白垩世, 内蒙古东北部出现构造活跃期, 较多地堑、半地堑式断陷盆地在此期间形, 它们是伸展作用下的产物。煤层格架就此形成, 同时构成了盆地充填序列。断线盆地的形成和演化, 控制着煤层的展布方向、横向分带和纵向分区、煤层旋回结构及煤变质程度。

1.3 老矿区的深部找煤

已开发矿区深部仍然可能具有煤炭资源开发潜力, 应对老矿区深部开展找煤勘探工作以实现资源可持续开发, 应在以往勘探资料分析研究的基础上, 结合矿井实际开采资料, 对老矿区深部开展进一步的勘查工作。

在这样工作的背景下, 以往仅靠重力资料寻找赋煤区域的方法已不再有优势, 尤其对构造复杂区和老矿区深部赋煤情况较难了解, 而地震勘探成本又太高, 不宜大面积开展工作;在这样的工作背景下, 可控源音频大地电磁测深法 (CSAMT) 作为一种成熟的电磁勘查手段恰好可以弥补这一空缺。

可控源音频大地电磁测深法 (CSAMT) 作为资源勘查的新技术, 在构造复杂地区、地形变化较大的山区及目标层较深的勘查区, 该方法有不可替代的优势, 它的优点主要表现在工作效率高、勘探深度大、垂直及水平分辨能力高、受高阻屏蔽作用小等优点。

可控源音频大地电磁测深法用于煤炭勘查时可以解决煤系地层赋存范围及深度的问题, 利用煤系地层与上下接触地层及煤层与顶底板之间的物性差异, 能够分析判定煤层赋存范围及大致深度。该方法对在火成岩下、推覆地层下、红层下赋煤情况勘查效果显著, 常规的直流电法勘探遇到高阻层时会与浅层低阻层并联, 直接导致电流通过低阻层形成回路, 很难将高阻层信息返回地面, 同时直流电法测深有效测量深度较小, 一般在500m以浅;而采用大地电磁测深可以解决这一问题, 该方法是通过电磁感应机理测量深部地层物性参数的。

在其他勘查手段难以取得较好效果的情况下, 利用可控源音频大地电磁测深法 (CSAMT) 可有效的反映纵向物性剖面, 该工作方法已经在吉林长白山地区、福建连城地区火山岩下找煤取得了较好的成果。可以借鉴这些地区的工作方法, 火成岩下赋煤、推覆地层下含煤情况在物探模型中是不受地质年代影响的, 也就是说上述两地区地层物性上与兴安盟地区火山岩下找煤在电性物理模型上是视相似的, 我们可以考虑应用该方法解决我们的问题。

2 可控源音频大地电磁测深法

可控源大地电磁简称CSAMT法[1], 在二十世纪80年代我国开始研究并在地质勘探期间应用, 该方法具有较大勘探深度和分辨率, 利用该方法在能源、矿产及地下水的研究中应用广泛。

该方法的理论基础是基于电磁波传播和麦克斯韦方程组利用公式表达为:

式中f代表频率, 地下介质视电阻率ρs等于电场Ex与磁场Hy比值。

由上式可知, 只要地面能观察到正交的水平电磁场 (Ex, Hy) 就可获得地下的卡尼亚电阻率ρs。

根据电磁波的趋肤效应理论, 导出了趋肤深度的表达式:

由趋肤深度表达式可见, 要解决的岩浆岩或推覆体下煤系地层正是高阻-低阻的层状物性层, 可以考虑用这一方法来解决实际问题。

内蒙古自治区含煤时期主要为侏罗纪及白垩纪, 局部地区石炭纪地层含煤, 兴安盟地区是内蒙古自治区少数缺煤的盟市, 由于其特殊的地质环境, 成煤条件较差, 且受构造及岩浆热液多期次侵入等因素影响, 在煤炭勘查方面一直没有明显的突破, CSMAT法可以帮助确定煤系地层赋存范围及大致确定赋存深度, 为煤炭勘查选区提供依据。

3 可控源音频大地电磁测深法应用

兴安盟地区区域出露地层由老到新地层有上元古界变质混合岩;早寒武系碳酸岩, 夹少量的碎屑岩;石炭系地层主要岩性为沉积碎屑岩、碳酸岩;二叠系主要岩性为泥质粉砂岩、细粉砂岩, 侏罗系主要岩性为凝灰质砂岩, 粉砂岩, 炭质泥岩, 是主要的含煤地层, 白垩系主要岩性为粉砂岩、细砂岩, 第三系主要岩性为黑色致密状安山玄武岩、沙砾岩;第四系冲洪积局部覆盖。

据牤牛海工作资料及经验, 中侏罗统煤系含煤段岩石基本为砂岩, 泥岩, 电阻率值较低, 与围岩电阻率有明显差异, 具体岩性物性特征见表1。

通过物性参数可以把该区地层岩性按电阻率大致分为高、中、中低和低阻四类, 高阻地层岩性为上元古界、华力西期、燕山期的侵入岩, 其视电阻率大于2000Ω·m, 中高阻地层电阻率在500~1000+Ω·m之间, 岩性为石炭系的碳酸盐岩及第三系的玄武岩, 中低阻地层为侏罗系煤层电阻率一般在200~610Ω·m, 低阻地层为侏罗系泥岩及泥质粉砂岩。按地层层序和火山岩物性特征, 电阻率断面可以明显区分, 该区域主要成煤时期是在燕山期火山间歇期, 沉积岩和火山岩电性差异明显, 应用可控源大地电磁法CSMAT可较好的确定火山岩覆盖下的煤系地层, 在沉积地层尽可能利用煤层与顶底板的物性差异进行划分。这一方法可以在煤炭勘查选区及预查阶段提供有利信息, 很大程度缩小找煤靶区。

4 存在问题

大地电磁测深已经是一种较为成熟的方法技术, 该方法在实践中不断完善, 但仍有部分技术问题有待解决。如该方法的抗干扰能力较弱, 特别是在矿区和经济发达区受到工业用电干扰很难控制数据质量。为了提高大地电磁的应用效果, 需要研究强干扰等特殊地区的数据采集方法技术及特殊处理技术。通过在实验区的大地电磁观测实验, 研究适用于不同地质条件及干扰水平地区的大地电磁数据采集方法技术以及精细处理与反演方法以及大地电磁探测与地震探测的集成与约束反演方法, 将推动大地电磁探测方法的技术进步[2], 提高大地电磁的应用效果, 为获取地下不同深度的准确的电性结构分布以及进行壳幔结构特征研究提供技术支撑。

在技术角度讲即使没有外界干扰, 同样也是存在的如有场源效应、进场效应、静电效应及测量电阻率参数单一等因素增加了解释难度, 这也说明任何一种物探方法都有使用条件, 只有因地制宜选择最有效的方法, 结合地质资料综合解释, 才是最可靠最现实的。

5 结论

针对内蒙古自治区下一步煤炭勘查方向, 可控源大地电磁法 (CSMAT) 可以帮助解决构造复杂区和老矿山深部找煤的问题。

摘要：内蒙古自治区是煤炭大省, 煤炭储量全国第一, 现已勘查含煤盆地103个, 煤炭资源远景含量13000亿吨, 累计探明资源量8080.65亿吨, 以往工作主要集中在已发现盆地及矿区;进一步提高资源量有待于新的含煤盆地的发现和深部资源量提高, 可控源音频大地电磁CSAMT作为一种成熟的勘查手段在调查选区及确定煤系地层赋存范围过程中有着不可替代的作用。

关键词：煤炭,火山岩,构造,可控源音频大地电磁

参考文献

[1]王赟, 杨德义.CSAMT法基本理论及在工程中的应用[J].煤炭学报, 2002, 4.