可控源音频大地电磁法在深部断裂构造勘查中的应用

（福建省121地质大队 福建龙岩364021）

（福建省121地质大队 福建龙岩364021）

断裂构造会改变煤岩层的埋藏条件，甚至可能引发煤与瓦斯突出或矿井突水等灾害事故。可控源音频大地电磁法通过探测地层地球物理特征变化规律来分析推测断层的位置、深度及产状等信息，为矿山安全生产提供基础数据支持。

可控源音频大地电磁法断裂构造地球物理特征卡尼亚视电阻率

0 前言

岩层受构造运动作用,当所受之力超过岩石强度极限时,岩石连续性、完整性将遭到破坏,产生破裂,称为断裂构造。断裂构造与成矿作用，地基稳定性评价等科学研究有着密不可分的联系。同时，断裂构造也是影响煤矿生产最重要的地质因素之一，主要是它会使煤岩层产生平移、错位，改变煤岩层的埋藏条件。此外，由于断裂构造的强度和稳定性都很差，可能引发瓦斯突出或矿井突水等灾害事故发生。长期以来，人们通过井下编录、地质制图等方法对断裂构造进行揭露，但对深部和隐伏的断裂构造研究还是需要借助物探等新方法。目前，国内外使用较多的就是利用大地电磁测深（MT）和可控源音频大地电磁法（CSAMT）对地壳——岩石圈中断裂构造进行勘探。这里主要介绍可控源音频大地电磁法在深部断裂构造勘查中的应用，将取得的一些成果与存在的问题进行交流探讨。

1 可控源音频大地电磁法原理

可控源音频大地电磁法是一种人工场源的频率域测深方法，它建立在麦克斯韦方程组和波动方程理论之上，通过测量场源的电场Ex分量以及磁场Hy分量来计算目标地层的卡尼亚视电阻率[1]。可控源音频大地电磁法从理想空间的麦克斯韦方程组出发，利用相关的边界条件，推导出均匀半空间水平电偶极子源的电场和磁场公式。

2 应用实例

2.1 矿区概况

新疆和布克赛尔蒙古自治县某煤矿区地表大部分为第四系覆盖，区内地层主要有：泥盆系火木山组、侏罗系西山窑组、侏罗系头屯河组、古近系乌伦古河组、新近系塔西河组和第四系，其中侏罗系西山窑组为主要含煤地层。在前期的地质勘查工作中，勘探人员通过钻探发现矿区南北煤层厚度和埋深发生了很大变化。现场地质人员推测矿区内存在一条深部隐伏断层，但对断层的位置及产状等信息却无法判断，于是考虑用可控源音频大地电磁法对断层进行勘探和揭露。

可控源音频大地电磁法和其它电磁法一样，是根据地层、岩（矿）石的电性差异来分析判断地下空间的异常目标，因此，地层、岩（矿）石具有物性差异是该方法探测的前提。根据物性资料及标本测定该区地层主要视电阻率划分如表1。

表1 测区地层视电阻率统计表Tabel.1 The statistical table of strata resistivity in the survey area

2.2 仪器设备及参数

本次应用实例使用加拿大凤凰公司生产的V8网络化多功能电法仪，为便于对断裂构造进行追踪，选择了二分量标量测量的TE模式，采用旁侧装置进行施工，根据现场实际情况调整点距和频率表。本案例所使用频率范围从0.125赫兹到7680赫兹内48个频点进行测深，数据采集时长45分钟。测线长度1千米，点距50米,发射电流11安培，发射偶极AB长度2.08千米。

为避免产生近场效应，提高低频段接收数据信噪比，野外施工设计时应根据现场情况选定发射偶极位置。根据多个矿区试验证明：收发距控制在9-12千米探测效果较好。当然，如果探测深度较浅，且所选用的发射频率多为高频段频点，可适当减小收发距，但以不小于8千米为宜。由于收发距离较远，发射电流应大于10安培。

2.3 数据处理解释

可控源音频大地电磁法的资料处理包括使用CMT-pro软件的预处理，及CSAMT-SW2.0软件的数据编辑组织、质检精度统计、去跳点、平滑滤波、静态效应校正、近场效应校正、Bostick反演、CSAMT模型二维反演等。通过反演计算得出各测不同深度的卡尼亚视电阻率值，再利用专业绘图软件进行测线视电阻率断面绘制，根据测线视电阻率等值线断面图来分析断裂构造存在的位置、深度及产状。

从1号测线视电阻率反演剖面图上看，视电阻率整体随深度增加而升高，在海拔标高400米以上的区域视电阻率基本在10-200Ωm范围内，在海拔标高大约500米处有一个低阻异常区，该低阻异常在测线550米附近尖灭，在测线700米附近又出现在海拔标高600米处，低阻异常以下电阻率开始急剧抬升，出现视电阻率等值线密集条带，推测其为侏罗系西山窑组含煤地层，该地层在测线南侧保持在标高420米左右，而在测线北侧被抬升到标高620米位置，由此推测在550-700米之间有一断层存在，断层宽度约120米，落差在200米左右，根据区域已知资料及前期地质资料推测此断层为F4断层，该断层倾角约80度。

2号测线200-400米深部出现视电阻率低阻异常，测线350米位置两侧海拔标高500米以上区域视电阻率变化较大，推断其为断层发育所致，该断层最大埋深超过1300米，角度约45度。

3 结束语

实际应用成果表明：深度在2千米以内的目标断裂构造，使用可控源音频大地电磁法能有效判断、推测断裂构造的位置、深度及产状等信息。目前，该方法在煤矿区断裂、金属矿成矿构造带及火成岩体断裂温泉带等领域应用已较为普遍。为保证勘探效果，在施工前应结合已有地质资料，根据探测目标大致深度范围合理选择发射频率，并根据现场实际条件确定测线及测点距离：对断距小的高角度断层应通过减小测点距离、缩小测线距离来进行控制。

[1]何继善可控源音频大地电磁法长沙：中南工业大学出版社1990.

可控源音频大地电磁法在深部断裂构造勘查中的应用

■陈志伟

P5[文献码]B

1000-405X（2016）-10-140-1