天然源音頻大地電磁測(cè)深法(AMT)在黑龍江省區(qū)塊煤炭資源調(diào)查中的運(yùn)用

隋崇明

(黑龍江省自然資源調(diào)查院，哈爾濱 150008)

1 天然源音頻大地電磁測(cè)深法的原理與優(yōu)勢(shì)

大地電磁場(chǎng)(天然場(chǎng))是進(jìn)行大地電磁測(cè)探的場(chǎng)源，從形成原因上來(lái)看，主要由于太陽(yáng)風(fēng)、地球磁層、電離層等相互作用，從而形成了區(qū)域性的天然交變電磁場(chǎng)。大地電磁場(chǎng)從地表射入地下過(guò)程中，一部分會(huì)被地層中的礦物吸收、衰減，另一部分則重新反射回地面。地面儀器捕捉到這些反饋回來(lái)的電磁場(chǎng)信息，通過(guò)分析后可以得到地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地層中各類礦物的分布特征。從應(yīng)用效果來(lái)看，這種方法具有更大的探測(cè)范圍，且探測(cè)過(guò)程對(duì)高阻屏蔽有一定的抵抗力，所用儀器體積小，無(wú)須長(zhǎng)距離架設(shè)電線，在一些復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下也可以靈活方便進(jìn)行作業(yè)，適用于較厚火山巖覆蓋層下尋找煤炭資源。

2 天然源音頻大地電磁測(cè)深法的工作內(nèi)容

以該項(xiàng)目A線A-1號(hào)測(cè)深點(diǎn)(圖1)為例，對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)工作情況敘述如下：

圖1 A線A-1號(hào)測(cè)深點(diǎn)曲線圖

根據(jù)實(shí)踐，探測(cè)深度的經(jīng)驗(yàn)公式為：

從上式中可以看出，決定探測(cè)深度H的因素主要與電阻率ρ和頻率f有關(guān)，并且存在電阻率越高、頻率越低探測(cè)深度越大的關(guān)系。通過(guò)調(diào)節(jié)這兩個(gè)影響因子，可以靈活獲取地層淺部或深部的特征信息，曲線類型呈KH型。

2.1 第四系(Q)

第一層為第四系(Q)地層。從整體上來(lái)看，在AMT電測(cè)深曲線上表現(xiàn)得并不明顯，集中于曲線首部的一小段位置。結(jié)合地質(zhì)資料，該地層巖石類型以礫石、鵝卵石為主，平均厚度為3～6 m，Q地層和K1ds地層之間雖然存在界限，但并不明顯。

2.2 東山組(K1ds)

第二層為東山組(K1ds)地層。在AMT電測(cè)深曲線上，這一區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)出K型曲線，也是5組地層中深度最大的地層。該地層巖石類型較為豐富，自上而下分別為火焰集塊巖、砂巖和礫巖等。從電性上來(lái)看，電阻率在100～1 000 Ω，頻率范圍大體上處于103.8～101.3Hz。已知反演深度與頻率的二次方根存在反比關(guān)系，可推算出該組地層厚度在1 000 m左右。

2.3 穆棱組(K1m)

第三層為穆棱組(K1m)地層。在AMT電測(cè)深曲線上，這一區(qū)間內(nèi)的首部表現(xiàn)為H型，尾部則演變?yōu)镵型。該地層包含的巖石類型也比較豐富，上部主要以砂巖、礫巖為主，中部及下部多由粉砂巖和泥巖組成。從電性上來(lái)看，電阻率大體在70～100 Ω，頻率范圍大體上處于101.3～100.5Hz，可推算出該組地層的厚度在500～800 m。

2.4 城子河組(K1c)

第四層為城子河組(K1c)。在AMT電測(cè)深曲線上，這一區(qū)間內(nèi)中部、尾部表現(xiàn)為H型。該地層巖石種類與穆棱組(K1m)類似，屬于鶴崗盆地主要含煤組。從電性上來(lái)看，電阻率在50～70 Ω，頻率范圍大體上處于100.5～10-0.5Hz，可推算出該組地層的厚度在400～500 m。

2.5 東風(fēng)山巖群(Pt1d)

第五層為東風(fēng)山巖群(Pt1d)。超過(guò)AMT電測(cè)深曲線有效探測(cè)頻率和屈服深度，所以用虛線表示，H型尾支至無(wú)窮區(qū)域，巖性為大理石-石英片巖、片麻巖建造。根據(jù)電性分析，電阻率無(wú)窮大，可見東風(fēng)山巖群(Pt1d)的厚度為無(wú)窮大。

3 地電參數(shù)特征

以天然源音頻大地電磁測(cè)深曲線的特征變化規(guī)律為參考，可獲得地電剖面解釋參數(shù)。結(jié)合A線A-1號(hào)測(cè)深點(diǎn)曲線圖分析可得：白堊紀(jì)K1ds組火山巖的電阻率相對(duì)較高，電性標(biāo)志也較為明顯。而白堊紀(jì)K1m組和K1c組的電阻率相對(duì)較低，組成了電測(cè)深曲線的中段。基底的花崗巖電性特征表現(xiàn)出高阻反映，可作為本區(qū)良好的電性標(biāo)志層。總體來(lái)看，該區(qū)域的電性地層自上而下分別是高阻、低阻和高阻。

電測(cè)深曲線類型及反應(yīng)地層沉積規(guī)律基本一致，可判斷本次勘測(cè)匯總選擇AMT法取得了預(yù)期成效，裝置選用、參數(shù)設(shè)置合理，勘測(cè)過(guò)程中無(wú)明顯電磁干擾。

4 電性地質(zhì)綜合剖面成圖

以該項(xiàng)目A勘探線電性地質(zhì)綜合剖面圖為例，該圖采用算術(shù)直角坐標(biāo)系統(tǒng)，橫向、縱向比例尺均為1∶2萬(wàn)。橫向由每條測(cè)線各個(gè)測(cè)點(diǎn)及距離組成，縱向?yàn)闇y(cè)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，根據(jù)電阻率反演趨勢(shì)結(jié)合自然地質(zhì)規(guī)律，畫出推斷地層分界線和斷層線。

圖2為A線電阻率和電性地質(zhì)剖面圖，剖面圖上色彩變化反映出地層不同深度位置電阻率的不同。按電阻率從小到大的變化規(guī)律，分別賦于藍(lán)色→綠色→黃色→紅色變化，每種顏色對(duì)應(yīng)的電阻率以電阻率色譜為準(zhǔn)。

圖2 A線反演電阻率等值線剖面圖

根據(jù)圖2可知，A線地層主要分為3種，自上而下分別是：第一種為上方紅色及橘黃色部位，平均厚度約占地層總厚度的1/2，初步判斷為第四系和白堊系東山組地層，大部分地層的電阻率位于400～650 Ω·m，局部電阻率可達(dá)到800～1 000 Ω·m，從巖性上來(lái)看屬于中性火山碎屑巖與正常沉積巖的組合。第二種為中部綠色部位，平均厚度約占地層總厚度的1/3，其電阻率位于50～120 Ω·m，初步判斷為白堊系穆棱組地層，也是探測(cè)區(qū)域內(nèi)主要的含煤層。第三種為底部的藍(lán)色部位，其電阻率在10～50 Ω·m，初步判斷為白堊系城子河組地層，也是探測(cè)區(qū)域內(nèi)主要的含煤層。

5 結(jié)論

天然源音頻大地電磁法(AMT)在物探勘測(cè)中屬于新型技術(shù)，將該方法應(yīng)用于黑龍江省區(qū)塊煤炭資源調(diào)查項(xiàng)目中，使得勘探結(jié)果的精確度得到了進(jìn)一步提升，有效解決了傳統(tǒng)勘探方法中存在的高阻屏蔽問題，為明確地層中煤礦資源分布及下一步找礦工作開展提供了支持。