可控源音頻大地電磁法對斷層探測的適用性分析

班操

（貴州省煤田地質(zhì)局 水源隊，貴州 貴陽 550000）

0 引 言

礦井開采過程中，一旦發(fā)生突水事故，將在短時間內(nèi)對礦井造成巨大破壞，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)，礦井突水水源主要有老窯水、大氣降水、地下水和地表水。斷層的存在，使地層的完整性與連續(xù)性遭到破壞，原本巖石的力學(xué)強(qiáng)度發(fā)生變化，可能連通礦井下伏承壓中強(qiáng)含水層以及上覆中強(qiáng)含水層或地表水，加之礦井開采中，人工采礦裂隙大量出現(xiàn)，改變了斷層帶附近應(yīng)力場和地下水的天然流場，地表水、地下水更可能沿斷裂帶進(jìn)入礦井，產(chǎn)生礦井突水風(fēng)險[1-6]。斷層是地質(zhì)工作中重要的調(diào)查研究對象，對于出露地表的斷層可通過野外實(shí)地勘察判斷其規(guī)模形態(tài)，但對于埋藏地下的隱伏斷層無法直接觀測，可控源音頻大地電磁法作為近幾十年來發(fā)展起來的一種時間域電法勘查手段，在控制構(gòu)造、采空區(qū)及巖溶等方面均有很好的效果[7]，因此，在礦井施工前、施工中采用物探手段對區(qū)域斷層進(jìn)行探測具有重要的意義。

本文以貴州省黔西縣青龍煤礦為研究對象，在對區(qū)域內(nèi)地質(zhì)資料收集和區(qū)域地層地球物理特征分析的基礎(chǔ)上，合理布置物探及鉆探工作量，通過可控源音頻大地電磁法探測成果資料對區(qū)內(nèi)斷層進(jìn)行解譯，結(jié)合勘探資料，分析區(qū)域內(nèi)可控源音頻大地電磁法對斷層探測成果的可靠性，進(jìn)而對可控源音頻大地電磁法對斷層探測的廣泛適用性進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)出露的地層巖性以沉積巖為主，少部分地區(qū)出露基性噴發(fā)巖。出露地層從震旦系至白堊系均有分布。自下而上為寒武系、二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m） 灰?guī)r、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P3β）、龍?zhí)督M（P3l） 含煤多層夾碎屑巖及灰?guī)r、長興組（P3c） 灰?guī)r、三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y） 灰?guī)r與碎屑巖、茅草鋪組（T1m） 灰?guī)r與白云巖，三疊系中統(tǒng)松子坎組（T2s） 碎屑巖與灰?guī)r、獅子山組（T2sh）白云巖與白云質(zhì)灰?guī)r、第四系（Q）[8]。

2 地球物理特征

2.1 探測區(qū)地層電性特征

二疊系茅口組細(xì)晶硅質(zhì)灰?guī)r夾泥巖以及峨眉山玄武巖，視電阻率值較大，通常為1 000 ～2 000 Ω·m。二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M巖性主要為碎屑巖、炭質(zhì)泥巖、灰?guī)r以及煤層。視電阻率值通常為400 ～1 200 Ω·m。二疊系上統(tǒng)長興組巖性主要為灰?guī)r，斷續(xù)夾燧石團(tuán)塊及條帶。視電阻率值較小，通常為200 ～500 Ω·m。三疊系下統(tǒng)夜郎組巖性主要為泥巖、細(xì)晶灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖夾薄層泥灰?guī)r。視電阻率值較小，通常為200 ～400 Ω·m。第四系地層視電阻率值一般10 ～200 Ω·m。

探測區(qū)地層電性差異明顯，正常地層組合條件下，在橫向與縱向上物性都有固定的變化規(guī)律可循，CSAMT 法采用頻率域測深，能夠較好地區(qū)分各個地層。

2.2 探測區(qū)斷層電性特征

在正常情況下，橫向上地層電阻率差異較小，視電阻率等值線平緩，但當(dāng)斷層發(fā)育、巖石破碎富水時，視電阻率值會發(fā)生急劇變化，視電阻率等值線呈現(xiàn)“U”、“V”字形或“串珠”形等梯度變化帶。可以根據(jù)這一地球物理特性，從橫向上對斷層進(jìn)行探測并解釋推斷。

3 工程布置概況

按照盡量與構(gòu)造、地層走向垂直，盡量穿過已知的鉆孔等，盡量避開高壓線、房屋、河流的原則，此次CSAMT 法測網(wǎng)采用50 m×30 m 的網(wǎng)度，即線距為50 m，點(diǎn)距為30 m。結(jié)合物探分析資料，鉆探孔沿物探測線布置在異常區(qū)附近（圖1）。

圖1 探測區(qū)工程布置示意Fig.1 The project layout of detection area

4 物探成果解譯

測區(qū)內(nèi)共布設(shè)35 條測線，此次選取物探、鉆探成果反映較好的L43、L48、L58 測線進(jìn)行分析。據(jù)CSAMT 法L48 線綜合剖面圖，視電阻率在縱向、橫向上變化特征明顯，較好的反映了地層的電性特征[9-10]。

在樁號1 000 ～1 550，標(biāo)高1 100—1 280 m，存在一等值線梯度變化較劇烈?guī)?，推斷為逆斷層DF1，傾角37°～80°，落差50 m。

在樁號1 600 ～2 000，標(biāo)高1 100—1 280 m，存在一等值線梯度變化較劇烈?guī)?，推斷為逆斷層F22，傾角50°左右，落差15 m。

在樁號1 100 位置附近，標(biāo)高1 200—1 280 m視電阻率等值線梯度變化較大，推斷該處為斷層DF2，傾角80°，落差不明。

在樁號1 200 ～1 400，標(biāo)高1000—1280 m，視電阻率等值線梯度變化較大，推斷該處為斷層DF9，傾角30°～70°，落差10 m，該斷層被逆斷層DF1 所切割。

在樁號1 400 ～1 550 m，標(biāo)高1 000—1 280 m，視電阻率等值線梯度變化較大，推斷該處為斷層DF5，該斷層被逆斷層DF1 所切割，傾角60°～80°，落差不明。

在樁號1 550 附近，標(biāo)高950—1 080 m，視電阻率等值線呈現(xiàn)“V”字形異常，推斷該處為斷層DF7，傾角73°，落差小于10 m。

在樁號1 600 ～1 900 m 附近，標(biāo)高1 000—1 300 m，存在一組視電阻率等值線梯度變化較大，推斷該處為斷層F28，傾角50°～80°，落差25 m左右。

其余測線斷層判別依據(jù)同L48，在此不再贅述，各測線斷層解譯成果如圖2 ～圖4 所示。

5 鉆探揭露斷層概況

鉆孔L402 布設(shè)于測線L43，位于樁號1 300上，鉆探資料顯示，在標(biāo)高1 185 m 上下的位置，鉆孔巖芯破碎，結(jié)合測井及已有地質(zhì)資料，判斷為斷層F55，傾角50°，落差10 ～20 m；在標(biāo)高1 129 m 上下的位置，鉆孔巖芯非常破碎，結(jié)合測井及已有地質(zhì)資料，判斷為斷層F35，傾角50°～70°，落差25 ～50 m，如圖2 所示。

鉆孔L302 布設(shè)于測線L48，位于樁號1 400 ～1 500，鉆探資料顯示，在標(biāo)高1 139 m 上下的位置，鉆孔巖芯破碎，結(jié)合測井及已有地質(zhì)資料，判斷為斷層F24，傾角45°～60°，落差0 ～40 m，如圖3 所示。

圖3 L48 線綜合剖面圖Fig.3 Comprehensive profile of L48 line

鉆孔L101 布設(shè)于測線L58，位于樁號1 400 ～1 500，鉆探資料顯示，在標(biāo)高1 114 m 上下的位置，鉆孔巖芯破碎，結(jié)合測井及已有地質(zhì)資料，判斷為斷層F24，傾角45°～60°，落差0 ～40 m，如圖4 所示。

圖4 L58 線綜合剖面圖Fig.4 Comprehensive profile of L58 line

6 物探解譯可靠性分析

根據(jù)圖2 資料分析發(fā)現(xiàn)，鉆孔L402 在標(biāo)高1 185 m 處揭露了斷層F55，而CSAMT 法視電阻率沒有異常，未解譯為斷層，鉆孔在標(biāo)高1 129 m 處揭露斷層F35，傾角50°～70°，落差25 ～50 m，CSAMT 法在鉆孔L402 位置解譯的斷層DF1 標(biāo)高為1 127 m，傾角37°～80°，落差50 m，與鉆探揭露情況基本吻合。

根據(jù)圖3 資料分析發(fā)現(xiàn)，鉆孔L302 在標(biāo)高1 139 m 處揭露了斷層F24，傾角45°～60°，落差0 ～40 m，CSAMT 法在鉆孔L302 位置解譯的斷層DF1 標(biāo)高為1 128 m，傾角37°～80°，落差50 m，傾角和落差與鉆探揭露情況基本吻合，但在垂向位置上相差11 m，物探與鉆探成果吻合度較低。

根據(jù)圖4 資料分析發(fā)現(xiàn)，鉆孔L101 在標(biāo)高1 114 m 處揭露了斷層F24，傾角45°～60°，落差0 ～40 m，CSAMT 法在鉆孔L101 位置解譯的斷層DF1 標(biāo)高為1 156 m，傾角37°～80°，落差50 m，傾角和落差與鉆探揭露情況基本吻合，但在垂向位置上相差42 m，物探與鉆探成果吻合度較低。

7 結(jié) 論

（1） 區(qū)域內(nèi)采用CSAMT 法探測解譯斷層與鉆探揭露情況在垂向上雖有所差距，但相較于鉆探，CSAMT 法可以對整個區(qū)域內(nèi)斷層的走向、傾向進(jìn)行判斷，因此CSAMT 法對于斷層的判斷仍具有重要意義和廣泛的適用性。

（2） CSAMT 法可作為前期斷層判斷的勘測手段。但單純依靠CSAMT 法探測數(shù)據(jù)對斷層進(jìn)行判斷具有較大的局限性，因此在采用CSAMT 法對斷層的解譯過程中應(yīng)加強(qiáng)對地質(zhì)、已有鉆探資料的結(jié)合分析，增強(qiáng)解譯成果資料的可靠性。