可控源音頻大地電磁法在復雜地質條件下找煤的應用

阮寶軍

摘要：新疆的南疆地區面臨嚴峻的缺煤形勢，但復雜的地質條件阻礙了各項地質勘查任務的進行。南疆地區地層傾角大、構造復雜多變，常規的地震勘探無法取得成功。本文介紹了可控源音頻大地電磁法的基本原理和影響因素，通過實例探討了該方法在大傾角地層中找煤的應用效果。

關鍵詞：可控源音頻大地電磁法；V8；大傾角地層；應用

可控源音頻大地電磁法（Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics，簡稱CSAMT法）：CSAMT法是上世紀80年代末在大地電磁法（MT）和音頻大地電磁法（AMT）的基礎上發展起來的可控源頻率測深方法，它是針對大地電磁法在音頻頻段信號微弱和信號具有極大的隨機性問題，經改進采用人工可以控制的場源來加強地層反射信號，又因使用的頻率屬音頻段頻率，所以把它稱作可控源音頻大地電磁法。它具有探測深度大、分辨能力較強、觀測效率高，兼有測深和剖面研究雙重特點，是研究深部地質構造、尋找地下水資源勘查的一種有效手段。

1、可控源音頻大地電磁法的基本原理

CSAMT探測是基于電場在大地中電磁場傳播過程中存在正常電磁波的傳導規律，即趨膚效應，亦即高頻電流主要集中在近地表流動，并隨著頻率的降低，電流就越趨于往深處流。對于這一物理過程，通常使用下式計算它們不同頻率下的卡尼亞（Cagniard）電阻率：ρExHy=15fExHy2，ρExHy單位為Ω·m。f為頻率，單位為Hz。CSAMT法的探測深度D大致為：D≈356ρf。可見介質的電阻率越高，工作頻率越低，探測的深越大。通過計算卡尼亞電阻率和阻抗相位可以達到探測不同埋深地質目標體的目的。

2、可控源音頻大地電磁法的特點

勘探深度范圍大：根據不同地質目的及實地地電條件，CSAMT方法的勘探深度可以靈活控制；工作中依據當地電性特征設定測量頻點的上下限并調整收發距離；分辨力高：垂向分辨率可達10%，水平分辨率約為接收偶極子長度；低阻敏感性：使用交變電磁場可以穿透高阻蓋層或淺部高低阻間雜地層；地形影響小：由于觀測區場源在大部分頻點下為平面波場，同時電磁分量的觀測計算已進行了歸一化，結果受地形影響較小且易于校正；場源影響小：在同一發射場源下可以進行大面積觀測；抗干擾能力強：V8整套儀器具備精確分頻、高靈敏度、高次疊加、高穩定性等性能。

3、可控源音頻大地電磁法的實際應用

3.1工區概況以及電性特征。探測區位于新疆烏恰縣托云盆地東緣，總體構造為復式褶曲構造。勘探區地層自下而上有石炭系、侏羅系、白堊系和第四系，侏羅系含B1煤層。新疆的煤層是高電阻率、高人工放射性。因為本區地層傾角較大，地表切割劇烈，沒有很好的條件開展地震工作。如圖1白堊系與侏羅系地層的視電阻率在主要30-120Ω之間變化。石炭系地層為明顯的高視電阻率，變化在150-300Ω之間。我們可以把侏羅系與石炭系的接觸面，視電阻率急劇變高這一特性作為標志層。也就是我們的工作從尋找侏羅系，轉換為尋找石炭系的頂界面。

3.2使用的儀器。本次瞬變電磁勘探使用加拿大產V8電法工作站，配套TXU-30大功率發射機，高頻磁探頭AMTC-30。與其它儀器相比，V8性能穩定，抗干擾能力強，全波形采集，可針對不同的勘探深度，人為設置不同的頻率點。采用赤道裝置，該工作裝置測量信號強度大、生產效率高。收發距采用12km，接收距50m。

3.3應用成果。采用V8配套軟件CMT Pro對原始數據進行預處理，用SCS2D軟件人機交互反演。首先在已知鉆孔6-2上布設了試驗線，如圖2縱軸代表海拔，橫軸為測點樁號。顏色由藍色到紅色的變化表示電阻率由低到高。通過地質檢驗認定，zk6-2孔1328m-67126m為白堊系下統克孜勒蘇群地層；67126m-71296m為侏羅系中統楊葉組地層；71296m為石炭系頂界面。測井側向電阻率曲線顯示進入石炭系地層后電阻率急劇上升。在標高2310處揭露石炭系老地層，這與我們通過CSAMT得到的斷面圖相吻合。侏羅系地層與石炭系地層的接觸面的電阻率為160-180之間。我就可以根據這個閥值，來追蹤這個區域的石炭系頂界面。

在鉆孔6-2北部布設了勘探線2線，具體如圖3反演界面與實驗界面相似。根據試驗確定的電阻率閥值，發現測點號從小到大，石炭系界面呈現變深趨勢最終建議地質人員在較淺位置布設鉆孔，并給出了煤層的參考深度。最終根據鉆孔反饋，CSAMT得出的成果可靠。

4、結束語

鉆探驗證和實地調查核實表明，CSAMT劃分的地層產狀與目標層深度是有效和可靠的，為下一步開展鉆探工作提供了技術支持，為地質人員劃分地層提供了有效參考。

參考文獻：

[1]張青杉，穆建強.CSAMT與地熱勘查[J].地質找礦叢論[J]，2003，18（z1）：184-186.

[2]何繼善，鮑力知.可控源音頻大地電磁法[J].物探化探譯叢，1990（6）：20-25.