王斌戰(zhàn), 王坤坤, 郭光宇, 邱 波, 王建軍

(湖北省地質局 地球物理勘探大隊,湖北 武漢 430056)

CSAMT在深部地質探測中的應用

王斌戰(zhàn), 王坤坤, 郭光宇, 邱 波, 王建軍

(湖北省地質局 地球物理勘探大隊,湖北 武漢 430056)

CSAMT是進行地下中深部勘探的重要物探方法之一,該方法在礦產、工程勘探方面應用廣泛。通過對野外采集的CSAMT數據進行處理,結合已知的地質資料,對深部地電結構進行劃分，精準地確定斷層位置，圈定隱伏玄武巖位置，達到解決地質問題的目的。為CSAMT在深部勘探提供有益的探索，為類似地質條件下應用該方法提供示范性指導。

地球物理勘探;CSAMT;深部地質勘探

隨著社會的進步,在進行地質調查時,人們對地質勘探的深度、精度的要求在不斷的增加。在眾多的物探方法中,綜合考慮探測精度、深度,地震勘探效果最好;但在城市及其周邊施工時,地震勘探受到諸多因素影響(例如:炸藥難以審批、大噸位震源車通行困難等),往往難以施工。因此,可控源音頻大地電磁法(CSAMT)以其施工相對靈活、探測深度大、精度高等優(yōu)勢,越來越受到重視。

1 工程概況

根據收集到的武漢市地質資料,選擇黃陂區(qū)小蔡湖以北位置布設CSAMT測線[1],根據以往資料推測,該部位有斷層通過,測線旁邊局部位置出露有強風化的玄武巖。測線經過區(qū)域地表魚塘、藕塘、建筑物,以及河流較多,并且多條高壓線從測線上方穿過,該區(qū)域第四系覆蓋層厚度較大。由于上述原因,其他物探方法在該位置施工相對困難,且難以達到探測效果。因此,該區(qū)域布設CSAMT測線,主要目的是:①了解該方法在厚覆蓋區(qū)的探測效果;②了解該區(qū)域地層的變化;③相對準確的判斷斷層存在部位;④判斷玄武巖賦存情況。

2 地質、地球物理特征

2.1 地質、構造情況

測區(qū)所在位置包括2個大的地層分區(qū),以襄廣斷裂為界,斷裂以北的鳳凰山一帶屬秦嶺—大別地層區(qū),地層簡單,出露南華系、白堊—古近系和第四系;斷裂以南隸屬揚子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)的大冶地層小區(qū),地表出露志留紀、泥盆紀、石炭紀、二疊紀、三疊紀海相沉積蓋層及侏羅系、白堊系、古近系等地層。

測線所在部位推測為青山口—黃陂斷裂通過部位,并且處于麻城—新洲凹陷南緣部位,地表第四系分布廣泛,測線通過部位少見基巖露頭,僅在一處施工開挖斷面位置見到強風化玄武巖。

圖1 CSAMT測線所在位置示意圖Fig.1 Sketch map of location of CSAMT survey line注:圖中紅線為測線所在位置,測線南邊為起點,北邊為終點;圖中的紅點為地表玄武巖出露部位。

2.2 地球物理前提

由于本區(qū)地表被第四系覆蓋,收集前人在武漢市開展電法勘探時所采集的物性資料作為本次工作的參考。

表1 武漢地區(qū)巖石電阻率參數統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of rock resistivity parameters in Wuhan area

從表1看出,第四系覆蓋層、古近系均為相對低阻,電阻率一般為20～60 Ω·m;志留系砂頁巖、頁巖電阻率值約為140 Ω·m,為相對中阻;三疊系灰?guī)r、二疊系、石炭系灰?guī)r、泥盆系石英砂巖、玄武巖率均在400 Ω·m以上,為相對高阻。工區(qū)的巖層的電性差異為CSAMT勘探提供良好的物理前提。

不同地質環(huán)境下的巖石,電阻率差異往往較大,巖石風化、破碎、充水等表現(xiàn)為低阻,斷層位置由于地層破碎往往也為低阻特征。因此,上表中的電阻率值僅用于確定本工區(qū)地層巖性電阻率的相對大小關系。

3 物探方法及原理

CSAMT屬人工源頻率測深,是根據不同頻率的電磁波在地下傳播有不同的趨膚深度δ,通過對不同頻率電磁波強度的測量就可以得到該頻率所對應深度的地電參數,從而達到測深的目的。電磁波在地下傳播的趨膚深度δ計算公式如下:

式中:ρ為地層的平均電阻率(Ω·m);f為電磁波頻率(Hz)[2-3]。

CSAMT基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組,導出了電場(E)、磁場(H)與電阻率(ρa)的關系式:

式中:Ex和Hy為相互垂直的電場和磁場。

4 數據采集及分析解釋

4.1 數據采集

數據采用加拿大鳳凰公司的V8電法工作站,其特點是儀器發(fā)射功率大,探測深度大,分辨率高,抗干擾能力強。工作中,應用標量測量,測點距離為50 m,測深頻率為9 600～1.33 Hz(共計40個頻點),收發(fā)距為7 km,發(fā)射電流達到26A。

由于工作所在位置,部分區(qū)域存在較強的干擾,為保證數據采集質量,主要通過以下幾種手段保證采集數據的可靠性:

(1) 加大供電電流,增加數據采集時間;

(2) 對于磁信號受到強烈干擾的位置,其附近相鄰測點增加多個磁道采集站,運用插值法計算強干擾位置的磁信號,替代儀器采集的質量較差的磁道,利用原始電場信號和計算所得的磁信號,進而計算電阻率值;

(3) 根據相鄰測點的情況,對采集數據中較差的頻點進行有根據的剔除。

通過上述方法所得數據,再應用專業(yè)軟件進行處理、反演,所得成果剖面比較真實地反映了該區(qū)域的地質情況。

4.2 資料分析及解釋

從CSAMT反演剖面圖上可以看出,電阻率的變化很有規(guī)律(見圖2)。

4.2.1 地層

結合已知地質資料,該CSAMT剖面反演圖上電性分層整體大致可以分成兩層。①表層:電阻率<100 Ω·M,推測主要為古近系紅層(上部存在相對較薄的第四系地層),從圖中可以看出該層從南向北厚度逐漸增加(從幾十米逐漸增加到600 m左右)。②下層:電阻率整體>300 Ω·M(局部位置電阻率>3 000 Ω·M),推測主要為三疊系至泥盆系的灰?guī)r、石英砂巖等高阻地層引起。

圖2 CSAMT法電阻率反演剖面推斷成果圖Fig.2 Deduction of resistivity inversion section by CSAMT method

4.2.2 斷層

電阻率剖面上,測點2 250、測點2 650正下方,在高電阻層中,存在兩條比較陡立的低電阻條帶。結合物性資料推測該位置存在兩條比較陡立的斷層。從CSAMT反演剖面圖中可以看出,2 250點位置推測斷層向南傾,傾角約70°;2 650點位置斷層近乎垂直。以往地質資料顯示,該位置為青山口—黃陂斷裂通過部位,因此,推測上述兩條斷層可能為青山口—黃陂斷裂中的兩條。

4.2.3 玄武巖

CSAMT剖面圖中,測點2 250～2 450之間下方,在低阻的古近系紅層中,存在高電阻異常,其電阻率整體>1 000 Ω·M。結合地質資料和物性特征推測該高阻體為未蝕變、風化的玄武巖,該位置右側400 m處即為地表玄武巖出露部位。從圖2中可以看出,玄武巖正處于下部斷裂的正上方,因此,推測該玄武巖的形成與青山口—黃陂斷裂存在一定關系。

5 質量驗證

根據收集的地質、物探等資料,該測線所在位置處于麻城—新洲凹陷的邊緣部位,面積性的重力資料顯示測線大號方向為低重力異常,面積性的磁法資料顯示測線上2 250～2 450點位置處于磁異常范圍內,地表玄武巖出露部位處于測線旁邊,這些都與CSAMT反演剖面所得結果一致。

6 結論

CSAMT清晰反映測線通過部位地層厚度的變化,圈定了隱伏玄武巖存在的部位,比較準確的劃出了厚覆蓋區(qū)斷層構造的位置。通過上述資料,充分說明在進行深部地質勘探時,通過合理數據采集和精細的資料處理,CSAMT可以取得較好的探測效果,從而解決實際地質問題。

[1] 湖北省地質局地球物理勘探大隊.武漢都市發(fā)展區(qū)基巖地質調查專項成果報告[R].武漢:湖北省地質局地球物理勘探大隊,2016.

[2] 石昆法.可控源音頻大地電磁法理論與應用[M].北京:科學出版社,1999.

[3] 湯井田,何繼善.可控源音頻大地電磁法及其應用[M].長沙:中南大學出版社,2005.

[4] 李金銘.地電場與電法勘探[M].北京:地質出版社,2007.

Application of CSAMT inDeep Geological Exploration

WANG Bingzhan, WANG Kunkun, GUO Guangyu, QIU Bo, WANG Jianjun

(GeophysicalExplorationBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Wuhan,Hubei430056)

Controlled source audio frequency magneto telluric method(CSAMT)is one of the important geophysical methods of exploration on deep geological exploration;this method has been used extensively in mineral exploration,engineering exploration.In this work,CSAMT is used for data acquisition.The authors can speculate changes in deep geological bodies and assess the position of basalt by proper data processing and combined with related know geological data.It provides a useful exploration and experiment for the application of CSAMT in deep exploration for this area.

geophysical exploration; CSAMT; deep geological exploration

P631.3+25

A

1671-1211(2017)06-0799-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.026

2017-08-21;改回日期2017-10-12

湖北省地質局科技項目(編號:KJ2017-1)資助。

王斌戰(zhàn)(1981-),男,工程師,地球物理專業(yè),從事電法、電磁法勘查技術工作。E-mail:44214784@qq.com

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171025.1642.004.html數字出版日期2017-10-25 16:42

費雯麗)