可控源音频大地电磁法在复杂地质条件下找煤的应用

阮宝军

摘要：新疆的南疆地区面临严峻的缺煤形势，但复杂的地质条件阻碍了各项地质勘查任务的进行。南疆地区地层倾角大、构造复杂多变，常规的地震勘探无法取得成功。本文介绍了可控源音频大地电磁法的基本原理和影响因素，通过实例探讨了该方法在大倾角地层中找煤的应用效果。

关键词：可控源音频大地电磁法；V8；大倾角地层；应用

可控源音频大地电磁法（Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics，简称CSAMT法）：CSAMT法是上世纪80年代末在大地电磁法（MT）和音频大地电磁法（AMT）的基础上发展起来的可控源频率测深方法，它是针对大地电磁法在音频频段信号微弱和信号具有极大的随机性问题，经改进采用人工可以控制的场源来加强地层反射信号，又因使用的频率属音频段频率，所以把它称作可控源音频大地电磁法。它具有探测深度大、分辨能力较强、观测效率高，兼有测深和剖面研究双重特点，是研究深部地质构造、寻找地下水资源勘查的一种有效手段。

1、可控源音頻大地电磁法的基本原理

CSAMT探测是基于电场在大地中电磁场传播过程中存在正常电磁波的传导规律，即趋肤效应，亦即高频电流主要集中在近地表流动，并随着频率的降低，电流就越趋于往深处流。对于这一物理过程，通常使用下式计算它们不同频率下的卡尼亚（Cagniard）电阻率：ρExHy=15fExHy2，ρExHy单位为Ω·m。f为频率，单位为Hz。CSAMT法的探测深度D大致为：D≈356ρf。可见介质的电阻率越高，工作频率越低，探测的深越大。通过计算卡尼亚电阻率和阻抗相位可以达到探测不同埋深地质目标体的目的。

2、可控源音频大地电磁法的特点

勘探深度范围大：根据不同地质目的及实地地电条件，CSAMT方法的勘探深度可以灵活控制；工作中依据当地电性特征设定测量频点的上下限并调整收发距离；分辨力高：垂向分辨率可达10%，水平分辨率约为接收偶极子长度；低阻敏感性：使用交变电磁场可以穿透高阻盖层或浅部高低阻间杂地层；地形影响小：由于观测区场源在大部分频点下为平面波场，同时电磁分量的观测计算已进行了归一化，结果受地形影响较小且易于校正；场源影响小：在同一发射场源下可以进行大面积观测；抗干扰能力强：V8整套仪器具备精确分频、高灵敏度、高次叠加、高稳定性等性能。

3、可控源音频大地电磁法的实际应用

3.1工区概况以及电性特征。探测区位于新疆乌恰县托云盆地东缘，总体构造为复式褶曲构造。勘探区地层自下而上有石炭系、侏罗系、白垩系和第四系，侏罗系含B1煤层。新疆的煤层是高电阻率、高人工放射性。因为本区地层倾角较大，地表切割剧烈，没有很好的条件开展地震工作。如图1白垩系与侏罗系地层的视电阻率在主要30-120Ω之间变化。石炭系地层为明显的高视电阻率，变化在150-300Ω之间。我们可以把侏罗系与石炭系的接触面，视电阻率急剧变高这一特性作为标志层。也就是我们的工作从寻找侏罗系，转换为寻找石炭系的顶界面。

3.2使用的仪器。本次瞬变电磁勘探使用加拿大产V8电法工作站，配套TXU-30大功率发射机，高频磁探头AMTC-30。与其它仪器相比，V8性能稳定，抗干扰能力强，全波形采集，可针对不同的勘探深度，人为设置不同的频率点。采用赤道装置，该工作装置测量信号强度大、生产效率高。收发距采用12km，接收距50m。

3.3应用成果。采用V8配套软件CMT Pro对原始数据进行预处理，用SCS2D软件人机交互反演。首先在已知钻孔6-2上布设了试验线，如图2纵轴代表海拔，横轴为测点桩号。颜色由蓝色到红色的变化表示电阻率由低到高。通过地质检验认定，zk6-2孔1328m-67126m为白垩系下统克孜勒苏群地层；67126m-71296m为侏罗系中统杨叶组地层；71296m为石炭系顶界面。测井侧向电阻率曲线显示进入石炭系地层后电阻率急剧上升。在标高2310处揭露石炭系老地层，这与我们通过CSAMT得到的断面图相吻合。侏罗系地层与石炭系地层的接触面的电阻率为160-180之间。我就可以根据这个阀值，来追踪这个区域的石炭系顶界面。

在钻孔6-2北部布设了勘探线2线，具体如图3反演界面与实验界面相似。根据试验确定的电阻率阀值，发现测点号从小到大，石炭系界面呈现变深趋势最终建议地质人员在较浅位置布设钻孔，并给出了煤层的参考深度。最终根据钻孔反馈，CSAMT得出的成果可靠。

4、结束语

钻探验证和实地调查核实表明，CSAMT划分的地层产状与目标层深度是有效和可靠的，为下一步开展钻探工作提供了技术支持，为地质人员划分地层提供了有效参考。

参考文献：

[1]张青杉，穆建强.CSAMT与地热勘查[J].地质找矿丛论[J]，2003，18（z1）：184-186.

[2]何继善，鲍力知.可控源音频大地电磁法[J].物探化探译丛，1990（6）：20-25.