可控源音频大地电磁法在浅覆盖区区域地质调查中的应用

刘伟 靳立杰 阎海青 赵诚亮 周永刚 张存艳 梁云汉 于春楠

收稿日期：20231021；修订日期：20231202；编辑：王敏

基金项目：山东省地质勘查项目《山东省1∶5万大汶口、楼德幅区域地质调查》（SDZS-2015-GTT01）

作者简介：刘伟（1989—），男，山东庆云人，高级工程师，主要从事区域地质调查与矿产勘查工作；Email：534681467@qq.com

*通讯作者：靳立杰（1987—），男，河北宁晋人，高级工程师，主要从事区域地质调查与矿产勘查工作；Email：jinlijie1987@163.com

摘要：根据已有地质和地球物理研究结果，大汶口、楼德地区存在多条隐伏断裂。为了查明该区基岩面的起伏情况、断裂的空间展布情况，在研究区完成了10条可控源音频大地电磁测深剖面。结合区域地质资料对研究区域进行了综合地质解释，结果表明：可控源音频大地电磁法可以反映不同深度电阻率分布情况，能够较好地描绘出测线通过地段地层和地质构造空间分布情况；并揭示了蒙山断裂、顺义庄断裂等隐伏断裂的构造位置、性质、产状等，与已有的区域地质资料给出的信息基本一致，为地质分析工作提供了可靠的基础资料；CSAMT法已经成为探测隐伏断裂的一种重要的地球物理手段，在浅覆盖区区域地质调查工作中有着广阔的应用前景。

关键词：CSAMT；覆盖区；区域地质调查；隐伏断裂

中图分类号：P631    文献标识码：A    doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.05.009

引文格式：刘伟，靳立杰，阎海青，等.可控源音频大地电磁法在浅覆盖区区域地质调查中的应用——以1∶5万大汶口、楼德幅为例［J］.山东国土资源，2024，40（5）：5964.LIU Wei，JIN Lijie，YAN Haiqing， et al.  Application of Controlled Source Audio Magnetotelluric Sounding in Regional Geological Survey of Shallow Covering Area——Setting Dawenkou and Loude Sheets with the Scale of 1∶50000 as an Example［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（5）：5964.

0  引言

不同比例尺的区域地质调查是一项重要的国土资源国情调查工作，其调查成果是国土资源规划、管理、保护和合理利用工作所依据的基础资料，其工作质量很大程度上受到地质条件的制约。在基岩裸露区进行路线地质调查更易获得丰富的地质信息，地质填图的质量和精度比较高，然而，在第四纪沉积物覆盖区，隐伏的岩石、地层、构造以及其他地质体的基本特征等信息无法直接观察研究，利用零星露头获取的信息量少，填图效果难以达到预期的要求。若通过槽探工程进行深部揭露，不仅大大增加经济成本与工期成本，也不利于自然环境的保护。因此，充分利用地球物理电磁法探测技术方法的优势，提取有用的地质信息，是提高覆盖区地质调查质量和效率的有效途径［1］。

可控源音频大地电磁法（CSAMT）作为电磁方法中的一种，具有工作效率高、抗干扰能力强、勘探深度大、分辨率高等优点［27］，目前，广泛应用于石油、地热、金属矿产的勘探以及水文、工程、采空区勘探等各个领域［818］，并在隐伏断裂探测的应用中取得了较好的效果［1921］。本文以1∶5万大汶口、楼德幅为例，介绍了可控源音频大地电磁法在浅覆盖区地质调查中的应用。大汶口、楼德地区位于鲁西中新生代断陷盆地汶东凹陷内，分布多条隐伏断裂。区内第四纪覆盖严重，且厚度均＜50m，为典型的浅覆盖区。鉴于以上情况以及CSAMT法的优点，本次工作采用CSAMT法在区内进行隐伏断裂的探测。通过对CSAMT视电阻率反演断面图的分析，同时结合地质资料进行综合地质解释，结果显示出了基岩面起伏情况、主要断裂的构造位置，断层的倾向、断距及发育规模，为区域地质调查工作提供了可靠的基础资料。

1  研究区地质概况

研究区大地构造位置位于华北板块（Ⅰ）鲁西隆起区（Ⅱ）鲁中隆起（Ⅲ）内，包括2个Ⅳ级构造单元（蒙山蒙阴断隆和新甫山莱芜断隆）和4个Ⅴ级构造单元（布山凸起、汶东凹陷、汶口凹陷和蒙山凸起）［22］。区内南北两侧分别为蒙山凸起和新甫山凸起，中部为汶东凹陷和汶口凹陷，形成了“两凸夹一凹”的构造格局。区内构造以脆性断裂为主，发育有NW向断裂、NE向断裂及EW向断裂，且多为隐伏断裂，常构成断块的边界，控制了区内主要构造面貌。区内NE向断裂有磁窑断裂、顺义庄断裂，其中顺义庄断裂走向多在25°～40°之间，在区内南部该断层将月门沟群地层错断，向北至良庄镇均为盖层覆盖。近EW向断裂主要为徂徕山断裂和后泗沟涧断裂；NW向断裂为蒙山断裂，在区内均被第四系覆盖，该断裂总体走向310°～320°，倾向SW，倾角60°～70°，断层性质为正断层；该段裂在区内延伸约25 km，向南延伸至区外（图1）。

研究区内地层主要分布于南部及东部，中部汶东凹陷内松散沉积物覆盖严重。出露地层自下而上为古生代寒武纪长清群、寒武奥陶纪九龙群、奥陶纪马家沟群、石炭二叠纪月门沟群、新生代古近纪官庄群及第四系。研究区侵入岩比较发育，主要出露于研究区的东南部和北部，其他地区零星出露，以新太古代中酸性侵入岩为主，另有少量中生代侵入岩脉，构成一系列呈NW—SE方向展布的山系（图1）。

2  地球物理特征

通过对各地层岩性的统计，研究区内沉积岩与侵入岩、侵入岩与构造破碎带之间存在较为明显的电性差异（表1）。沉积岩地层中岩性电性差异受地层年代及岩性影响，除新生代地层电性差异较小，难以区分之外，其他地层之间电性差异较为明显，能够通过电性特征对比进行区分。由于CSAMT法是利用岩石间的电性差异来达到勘探的目的，因此，研究区具备采用CSAMT法进行地球物理勘探的前提。

表1  研究区地层岩石电阻率统计表地层主要岩性电阻率常见值/（Ω·m）第四系砾石、细砂及砂质黏土10～50古近纪官庄群泥岩、页岩、油页岩、石膏岩等20～50石炭二叠纪月门沟群泥岩、页岩、煤层、粉砂岩等30～100奥陶纪马家沟群、九龙群白云岩、灰岩、细砂岩等100～500寒武纪九龙群、长清群白云岩、灰岩、页岩、石英砂岩等100～2000构造破碎带构造角砾、细砂等50～200侵入岩（泰山、峄山序列）细粒含黑云石英闪长质片麻岩、石英闪长岩102～105

3  数据采集与处理

3.1  数据采集

在研究区内开展可控源音频大地电磁测深工作，垂直断裂走向共布设10条剖面，测线编号分别为CSAMT1～CSAMT10，其中CSAMT7测线位于楼德幅西城前村南，汶东凹陷的东南部，全长1 km；CSAMT9剖面位于华丰镇故城村与梁父村之间，汶东凹陷的南部边缘，全长1 km（图1）。

仪器采用美国Zonge公司GDP32多功能电法仪。测量装置采用赤道偶极装置，供电极距AB为1 200～1 600 m，测量极距MN及点距均为50m，收发距7～10 km，观测频率范围0.125～8 192 Hz。野外数据采集中保证测量精度以获得可靠的信息。CSAMT法装置如图2所示。

3.2  数据处理

CSAMT数据处理采用Zonge公司提供的与GDP32多功能电法仪相配套的软件包，经过数据预处理、静态位移校正，最后使用SCS2D软件对处理后的数据进行反演，生成反演电阻率断面图。

4  资料分析与解译

在大汶口、楼德地区完成了10条可控源音频大地电磁测深剖面，经过数据预处理和剖面反演，生成了电阻率剖面图。以CSAMT7、CSAMT9测线为例分析如下（图3、图4）。

CSAMT7测线视电阻率反演断面图如图3所示。按电阻率差异，从上至下呈现低阻-高阻分布趋势。在横向上，剖面的中上部为连续分布的低阻层，厚度约400～500 m不等，推测主要对应古近纪官庄群大汶口组的泥岩、页岩和第四纪松散沉积物，与区域上大汶口组地层厚度468.5～2 274 m基本一致。剖面的中下部在横向上表现出明显的中低阻-中高阻变化趋势，其中测线西侧点号1 050～1 250处，视电阻率呈现中低阻特征，推测对应岩石为石炭二叠纪月门沟群的泥岩、粉砂岩等；点号1 250～1 950处视电阻率呈现中高阻特征，可能为奥陶纪马家沟群白云岩、灰岩层的电性反映。

在测线西部，点号1 250～1 350位置，深度500 m以下，东西两侧视电阻率等值线出现较大的差异，等值线出现明显的“陡坎”状，显示处断裂特征。在测线中部和东部，点号1 450～1 550和1 750～1 950位置，深度400 m～500 m以下，视电阻率等值线发生扭曲变形，等值线横向上不连续呈“V”字形异常且视电阻率值呈现相对低阻，这是断裂致使地层破碎的反映。根据上述物性资料，结合地表发现已查明的断裂构造等地质资料，将测线最东侧点号1 750～1 950位置解释为蒙山断裂，断裂倾向SW，倾角较陡，总体呈NW走向，为正断层。视电阻率剖面图显示，该断裂切穿了奥陶纪马家沟群地层，未明显切穿古近纪官庄群大汶口组地层，故其时代应在中奥陶世和古近纪之间。

CSAMT9视电阻率反演断面图如图4所示。CSAMT9线地表覆盖严重，偶见古近纪官庄群朱家沟组出露，区域上该地层在大汶口汶东凹陷内厚度一般＞150 m。根据测线电阻率特征，认为埋深0～180 m的低电阻特征是朱家沟组砾岩的电性反应。在埋深180 m以下，视电阻率呈现中高阻特征，结合测线南部地层的实际展布特征，认为180 m以下电性特征主要是月门沟群和马家沟群地层的电性反应。在测线东部，在点号1 700～1 850处，深度200 m以下，视电阻率等值线发生扭曲变形，等值线横向上不连续呈“V”字形异常且视电阻率值呈现相对低阻，结合地质资料，推断为顺义庄断裂反应。在区内南部，该断裂将石炭二叠纪月门沟群错断，表现出左行平移断层性质，断裂倾向NW，倾角70°～80°。断层两侧地层均为石炭二叠系月门沟群地层。视电阻率剖面图显示，该断裂未明显切穿古近纪官庄群朱家沟组地层，故其时代应在早二叠世古近纪之间。

通过以上2条测线结果表明，可控源音频大地电磁法可以反映不同深度电阻率分布情况，能够较好地描绘出测线通过地段地质体展布形态，推断了区内隐伏断裂（蒙山断裂、顺义庄断裂）的位置、产状及性质，与区域上地质认识基本一致，证明CSAMT法在浅覆盖区区域地质调查工作中的应用效果显著。

5  结论

（1）大汶口、楼德地区位于鲁西中生代断陷盆地汶东凹陷内，第四系覆盖严重，传统地质调查方法难以获得隐伏基岩地质构造特征，通过采用可控源音频大地电磁法，揭示了区内蒙山断裂、顺义庄断裂等隐伏断裂的位置、性质及其空间展布特征，与已有的区域地质资料给出的信息基本一致，CSAMT法在浅覆盖区区域地质调查工作中取得了良好的应用效果。

（2）可控源音频大地电磁法是一种频率域测深方法，可以获得不同深度的电性分布结构，反映测线涉及范围内不同地层的埋深。汶东凹陷东南部楼德镇附近古近纪官庄群厚度约400～500 m，凹陷南部古近纪官庄群厚度约150～200 m，与区域地层厚度相一致。

（3）由于目前只做了基础性的探测工作，需要通过钻孔资料结合其他的探测手段进一步分析断裂性质、地层地质时代和岩性，最后对断裂的活动性进行评价。

参考文献：

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Application of Controlled Source Audio Magnetotelluric Sounding in Regional Geological Survey of Shallow Covering Area——Setting Dawenkou and Loude Sheets with the Scale of 1∶50000 as an Example

LIU Wei1，2，JIN Lijie1，2，YAN Haiqing3，ZHAO Chengliang1，2，ZHOU Yonggang1，2，ZHANG Cunyan1，2，LIANG Yunhan1，2，YU Chunnan1，2

（1. No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources，Shandong Ji'nan 250014，China；2.Shandong Engineering Research Center for Exploration and Development Technology of Rich Iron Deposit，Shandong Ji'nan 250014，China；3. Shandong Testing Center of China Metallurgical Geology Bureau ， Shandong Ji'nan 250013，China）

Abstract：According to the results of geological and geophysical studies， there are several hidden faults in Dawenkou and Loude areas. In order to find out the raise and fall of bedrock and the spatial distribution of faults， 10 controlled source audio magnetotelluric sounding profiles have been completed in the study area. Combining with regional geological data， comprehensive geological interpretation of the study area has been carried out. It is showed that the controlled source audio magnetotelluric sounding method can reflect the resistivity distribution at different depths， and describe the spatial distribution of strata and geological structures in the section through which the survey line passes. The structural location， properties， and occurrence of hidden faults， such as the Mengshan fault and Shunyizhuang fault have been revealed， which are basically consistent with the information provided by existing regional geological data. It will provide reliable basic data for geological analysis work. The CSAMT method has become an important geophysical tool for detecting hidden faults and has broad application prospects in geological surveys in shallow coverage areas.

Key words：CSAMT; covering area; regional geological survey; hidden faults