CSAMT 法在上犹黄沙坑矿区地质资源勘查中的应用

孙俊飞

在地质资源勘查工作，常常需要确定断层的位置、走向以及破碎带的宽度等问题中，而可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法更是因为其抗干扰能力强、探测深度大、横向分辨率高、受高阻层屏蔽作用影响小等优点，越来越多的被应用到矿区勘查中。江西省上犹县黄沙坑勘查区位于中亚热带季风型大陆性气候区，四季分明，温暖湿润。据上犹县气象站气象观测资料，多年平均气温18.79℃，极端最低气温-4℃（1 月），极端最高气温37℃（7 月）。多年平均降水量1721mm，降水多集中在4 月～6 月，占年降水量45.6%。无霜期280 天。为了合理利用和开发当地潜在的地质新资源，需要查明矿区及其外围的地层、构造、岩浆活动情况，初步查明矿区内的断裂及其产状、各地层的孔隙、节理裂隙、岩溶及水热蚀变发育情况，划分热储、盖层、导水与控热构造，考虑到勘探效果和为获得较好的预期目标，我们在此采用了可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法。

1 勘探区水文地质、地质条件与储量特征

1.1 水文地质

矿区地下水类型为基岩裂隙水，含水岩组由燕山早期中细粒斑状黑云钾长花岗岩组成。按含水介质特征、水力性质，进一步划分为风化带网状裂隙水和构造裂隙水二个亚类。

风化带网状裂隙水：地下水一般贮存于风化带网状裂隙带中，风化裂隙带发育深度一般为10m ～15m，其中强风化带厚2m ～5m。地下水水力性质为潜水。渗透系数0.094m/d，单井涌水量8.4m3/d.一般含水贫乏。

构造裂隙水：地下水主要贮存于断裂带旁侧翼状裂隙带中。地下水力性质显承压性质。

1.2 地质条件

ZK1 钻 孔：0m ～31.40m 可 视 为 相 对 隔 水 顶 板、热储盖层，地下水含水段位置位于31.40m ～128.00m，其中31.40m ～33.80m、72.50m ～74.80、102.30m ～106.20m、125.70m ～128m 为主要含水段。ZK3 钻孔：0m ～62.80m 地表前部虽然含水，主要为基岩风化裂隙水，可视为相对隔水顶板、含水带深度为62.80m ～129.10m 钻进中钻孔漏水，抽水试验结束18 分钟后，井口恢复漏水，表明地下水补给来源充沛。地下热水主要赋存于构造裂隙含水带中。

1.3 储量特征

矿区受F3 北东向与F2 东西向断裂构造带的控制呈带状。热储盖层为中侏罗世黄沙坑侵入岩，岩性为肉红色中细粒斑状黑云钾长花岗岩。勘探区规模较小，呈近东西方向线状出露，间距3m ～5m。地下裂隙系统较畅通，区域地下水补给源较充沛。

1.4 勘探区水物理化学性质

矿区水样分别采自地表温泉、ZK1、ZK3钻孔。三个水样水化学特征基本一致，水质类型均为弱碱性低矿化重碳酸—钠钙型极软水。PH值8.1 ～8.5，溶解性总固体183.96mg/L ～225.75mg/L，总硬度29.18mg/L ～33.53mg/L，钠离子26.57mg/L ～30.98mg/L，钙离子11.57mg/L～12.75mg/L，重碳酸根离子68.17mg/L～108.67mg/L，硫酸根离子4.8mg/L ～8.0mg/L，氯离子5.31mg/L ～8.87mg/L，氟化物5.929.20mg/L，偏硅酸62.16mg/L ～66.47mg/L。地下热水中富含钠、氟、偏硅酸，地下水温43℃～46℃。说明矿区资源的成因与岩浆活动有密切关系，特别是晚近期岩浆活动。水中矿化度偏低，表明其主要接受大气降水补给，浅循环水交替剧烈。

2 CSAMT法工作原理及异常解译

2.1 CSAMT 法工作原理

可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法是在大地电磁法（MT）和音频大地电磁法（AMT）的基础上发展起来的一种人工源频率域电磁测深方法，利用布设于地表的人工场源发射变频电磁信号，在远区测量相互正交的电场和磁场的水平分量，通过波阻抗Z 计算获得大地视电阻率的电磁测深方法。由于采用能量较大的人工场源并可控制发射频率，相对于天然源的电磁方法具有更强的抗干扰能力和更高的纵向分辨率。

该方法利用不同频率成分的电磁波在地下介质中传播具有不同趋肤深度的特性，通过改变频率的方式实现了对不同深度上介质电阻率的测量。观测结果对表征储热层特征的低阻地层的反应灵敏，是目前资源勘查中一项重要的物探方法。

2.2 CSAMT 法异常解译

根据工作任务与目的，部署的物探测线3 条，测线剖面总长2400m，测线部署原则是大致垂直于主要构造断裂带，测线方位角90°，线距100m，点距20m。测线部署详见表1。

表1 CSAMT 法测线设计

如图1 所示为黄沙坑勘查区CSAMT 法1 线卡尼亚视电阻率反演及推断地质剖面图，测线方位90°，剖面总长800m（桩号600 ～1400）点距20m。图中卡尼亚视电阻率量值在50Ω·m ～500000Ω·m 之间，电阻率量值横向上变化较大，总体呈“高-低-高”波状起伏特征，反映侵入岩体的不规则特征及断裂构造带中充填水等因素综合导致出现相对低阻异常特征，纵向上总体视电阻率异常特征呈浅部低、深部高的G 型异常特征。结合地质资料认为1 线断面中相对高电阻率异常区以中侏罗世黄沙坑单元的岩体（J2H）为主。

图1 黄沙坑勘查区CSAMT 法1 线卡尼亚视电阻率反演及推断地质剖面图

其中桩号700、地表～850、高程150m 相对低阻异常条带推断为断裂破碎带，断裂编号FD1，倾向东，倾角约70°；桩号1010、地表～桩号1160、高程200m 相对低阻异常条带推断为断裂破碎带，编号FD2，倾向东，倾角＞50°，断裂破碎带因充填水等因素，呈相对中低阻异常特征。

图2a 为黄沙坑勘查区2 线卡尼亚视电阻率反演及推断地质剖面图。2 线与1 线相距100m，点距20m，测线方位90°，剖面总长860m。其中桩号620、地表～桩号760、高程100m 相对低阻异常条带异常特征与1 线FD1相似，空间位置上与1 线FD1错位80 米左右，认为存在一条与测线走向相近的断裂构造平移错断该低阻异常；桩号880、地表～桩号970、高程100m 相对低阻异常条带推断为断裂破碎带FD2充填水综合反映，电阻率异常量值较1 线更低，认为赋水性较1 线更好，且较之1 线FD2异常位置错位约100 米，印证了存在一条与测线走向相近的平移断层推断。

图2b 为黄沙坑勘查区3 线卡尼亚视电阻率反演及推断地质成果断面图。剖面总长840m，测线方位90°，点距20m，3 线 距1 线200m（距2 线100m）。电 阻 率 异 常 范 围50Ω·m ～500000Ω·m 之间，异常特征与1 线、2 线相当，相对低阻异常FD1、FD2位置与1 线相当，体现异常总体走向为北北东向，印证受北西西向平移断层作用使得2 线异常与1 线发生错位的特征。

图2 黄沙坑勘查区CSAMT 法卡尼亚视电阻率反演及推断地质剖面图

2.3 综合分析

如图3 所示为黄沙坑勘查区物探工作成果平面图。测线方位90°（东西向），点距20m，剖面总长2500m。3 条断面视电阻率等值线图显示以高阻异常特征为主，反映黄沙坑勘查区以中侏罗世侵入花岗岩体为主，且在勘查区大面积出露。

其中相对低阻异常条带认为属断裂构造破碎带充填水等因素综合反映，断裂编号FD1、FD2，走向北东，倾向南东，断裂FD1倾角约70°，而FD2倾角＞50°，因测线方位与断裂走向呈大角度相交，断层在测线断面上的产状较实际偏缓，断裂FD1走向与测线交角更大，因而产状较FD2更陡，且断裂FD1、FD2异常空间位置在1 线与2 线之间不连续（错位约100m），认为存在一条与测线方向基本平行的（即北西西向）平移断层FD3使得整个地电断面异常发生错位。

从3 条断面中视电阻率异常量值与低阻幅值宽度分析认为，断裂构造破碎带FD2低阻异常特征较之FD1更为明显，与之相应的断裂构造破碎带FD2赋水性也更好。尤指2 线FD2异常特征较为有利，具较明显的断裂、资源漫侵形成低阻异常形迹。

3 结论与建议

（1）黄沙坑勘查区断面卡尼亚视电阻率异常以高电阻率异常特征为主，反映中侏罗世黄沙坑单元岩体高阻特征。

（2）物探相对低阻异常条带认为属断裂构造破碎带充填水等因素综合反映，断裂编号FD1、FD2，走向北东，倾向南东，断裂FD1倾角约70°，而FD2倾角＞50°（因测线方位与断裂走向呈大角度相交，断裂产状较实际变缓），且断裂FD1、FD2异常空间位置在1 线与2 线之间不连续（错位约100m），认为存在一条与测线方向基本平行的（即北西西向）平移断层FD3使得整个地电断面异常发生错位。推断了断裂构造带3 条，其中断裂构造破碎带FD2赋水性也更好，为较好的导水构造。

（3）通过本次物探工作基本查明了勘查区内地层、构造、岩浆活动情况，推断了断裂构造及其空间分布特征，完成了本次物探工作目标及任务，对下步工作具有一定的参考意义。建议使用方结合钻探、化探、水文与温度测量等综合手段开展进一步工作。