可控源音频大地电磁在高寒冻土区深部煤田地质勘查中的应用

倪晴晖

摘 要：浅层煤炭资源的勘探与开采无法满足当前日益增长的能源需求，煤田地质勘查向深部进军势在必行。可控源音频大地电磁法可以穿透高寒冻土屏蔽层获取研究区的覆盖层、富煤地层的分布、基底起伏特征及断裂等构造信息。应用可控源音频大地电磁法在黄鹿沟地区进行探测，在地质及物性资料的约束下，探讨了研究区各地层埋深、厚度及断裂的分布并据此圈定了有利的赋煤层系的范围，为进一步的勘查开采提供可重要依据。

关键词：煤田地质勘查；可控源音频大地电磁法；高寒冻土

中图分类号：P618.11 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0176-01

1 引言

现阶段，我国存在“富煤、贫油、少气”的能源结构，其中煤炭占主导地位，石油、天然气资源量十分有限。局限于浅层煤炭勘查与开采无法适应日益剧增的能源需求，突破已有框架向第二深度空间进军势在必行[1]。

越向深部，煤炭勘探开发的难度越大，而地球物理手段勘探可以查明地下深部结构与构造，是煤炭资源向深部进军的强大依靠。可控源音频大地电磁法（Controlled Source Audiofrequency Magnetotelluric，CSAMT）采用电偶极源作为人工场源，与直流电法相比具有工作效率高、勘探深度大、垂向分辨能力好、水平分辨能力强、地形影响小及不受高阻层屏蔽等优势。该方法在高寒冻土区的天然气水合物调查[2]、煤田地质勘查[3]中皆有应用先例，可穿透冻土层获取研究区的覆盖层、赋煤地层的分布、基底起伏特征及断裂等构造信息，为复杂地形条件下圈定有利成煤层位提供依据。

2 黄鹿沟地区的地质概况

研究區域位于祁连山中段高寒山地冻土区，海拔高度3500-4000米，地势险要，冻土厚度可达百米。青海煤炭地质勘查院在研究区开展了CSAMT探测，旨在获取研究区盖层厚度、赋煤地层的分布及深部构造信息，进而对研究区煤炭资源潜力乃至天然气水合物的赋存远景进行评价。

2.1 研究区地层

研究区地层由老至新有奥陶系、石炭系、二叠系和第四系。奥陶系（O）分布在研究区南部，仅出露下统下部火山岩组（O1），岩性为浅绿-暗绿色片理化安山岩、细碧岩夹板岩、变砂岩、结晶灰岩和铁矿层。石炭系（C）石炭系全区均有不同程度的出露，为海陆交互相含煤地层，是煤田地质勘查的主要目标层位。二叠系（P）在全区均有不同程度的出露，为一套灰白、灰绿、灰褐色砾岩、含砾粗砂岩、细砂岩等碎屑岩与紫红色粉砂岩的相间韵律沉积，夹有泥灰岩薄层，与下部地层石炭系呈假整合接触。第四系（Q）出露有下更新统（Q1），下更新统（Q1）为土黄—土红色砾石层，胶结良好，略具定向排列，砾石成份复杂，与第三系地层呈不整合接触。

2.2 研究区构造

研究区构造线方向为北西-南东向，北部总体为一向斜构造，两翼地层由石炭系构成，核部地层由二叠系组成，北翼倾角较缓而南翼倾角较陡，南翼地层受断层改造保存不全。南部为一单斜构造，倾向南西；中部由一背斜构造和背斜的一翼共同组成。区域断层多为遭受后期改造的加里东期逆断层。

3 可控源音频大地电磁应用

CSAMT野外数据采集使用美国Zonge公司生产的GDP-32Ⅱ电法工作站。工作参数设置如下：供电偶极AB=1000m，测量电极距MN=100m，测深点距为100m，收发距r=3.76～6.11Km。CSAMT采用赤道偶极观测装置，发射频率选择0.125～8192Hz。以测区DF2测线为例分析可控源音频大地电磁的应用效果，利用SCS2D高斯牛顿法对测线数据进行二维反演得到地下的电性结构，据此进行地质地球物理综合研判，获取了黄鹿沟地区赋煤地层的分布及深部构造信息。

测线DF2长4.1km，物理点42个。测线由南至北依次出露二叠系地层、石炭系地层，二叠系地层及第四系地层。首层电性层电阻率大于100Ω·m，表征了第四系砂砾石层与冻土层的分布；第二电性层电阻率在40～80Ω·m，推测为二叠系或石炭系地层；第三电性层电阻率变化范围在10～30Ω·m，推测为二叠系或石炭系地层；第四电性层电阻率大于100Ω·m可能为奥陶系地层。据电性梯度带的分布推测23号点处存在北倾的逆断层F1，该断层发生在二叠系、石炭系和奥陶系地层之中；12号点附近存在南倾的逆断层F2，F2为基底断裂，断层以南为石炭系地层，以北为二叠系地层。赋煤层系——石炭系地层的分布如下：5～12号点为石炭系地层，石炭系埋深约为450～750m；12号点以北上部为二叠系地层，其下推测有石炭系地层，埋深在1200～1400m，基底为奥陶系。可控源音频大地电磁法的研究成果圈定了目标层位——石炭系地层的埋深、厚度，查明断裂的深部信息，为进一步的勘查开采提供了重要依据。

参考文献

[1]滕吉文，张雪梅，杨辉.中国主体能源——煤炭的第二深度空间勘探、开发和高效利用[J].地球物理学进展，2008，23（4）：972-992.

[2]姚大为，王书民，雷达，等.CSAMT 在祁连山永久冻土区天然气水合物调查中的应用[J].工程地球物理学报，2013，10（2），132-137.

[3]刁清建.可控源音频大地电磁测深法在青藏高原煤田地质勘探中的应用[J].中国煤炭地质，2011，23（12）：46-50.