CSAMT在深部地质探测中的应用

王斌战, 王坤坤, 郭光宇, 邱 波, 王建军

(湖北省地质局 地球物理勘探大队,湖北 武汉 430056)

CSAMT在深部地质探测中的应用

王斌战, 王坤坤, 郭光宇, 邱 波, 王建军

(湖北省地质局 地球物理勘探大队,湖北 武汉 430056)

CSAMT是进行地下中深部勘探的重要物探方法之一,该方法在矿产、工程勘探方面应用广泛。通过对野外采集的CSAMT数据进行处理,结合已知的地质资料,对深部地电结构进行划分，精准地确定断层位置，圈定隐伏玄武岩位置，达到解决地质问题的目的。为CSAMT在深部勘探提供有益的探索，为类似地质条件下应用该方法提供示范性指导。

地球物理勘探;CSAMT;深部地质勘探

随着社会的进步,在进行地质调查时,人们对地质勘探的深度、精度的要求在不断的增加。在众多的物探方法中,综合考虑探测精度、深度,地震勘探效果最好;但在城市及其周边施工时,地震勘探受到诸多因素影响(例如:炸药难以审批、大吨位震源车通行困难等),往往难以施工。因此,可控源音频大地电磁法(CSAMT)以其施工相对灵活、探测深度大、精度高等优势,越来越受到重视。

1 工程概况

根据收集到的武汉市地质资料,选择黄陂区小蔡湖以北位置布设CSAMT测线[1],根据以往资料推测,该部位有断层通过,测线旁边局部位置出露有强风化的玄武岩。测线经过区域地表鱼塘、藕塘、建筑物,以及河流较多,并且多条高压线从测线上方穿过,该区域第四系覆盖层厚度较大。由于上述原因,其他物探方法在该位置施工相对困难,且难以达到探测效果。因此,该区域布设CSAMT测线,主要目的是:①了解该方法在厚覆盖区的探测效果;②了解该区域地层的变化;③相对准确的判断断层存在部位;④判断玄武岩赋存情况。

2 地质、地球物理特征

2.1 地质、构造情况

测区所在位置包括2个大的地层分区,以襄广断裂为界,断裂以北的凤凰山一带属秦岭—大别地层区,地层简单,出露南华系、白垩—古近系和第四系;断裂以南隶属扬子地层区下扬子地层分区的大冶地层小区,地表出露志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪海相沉积盖层及侏罗系、白垩系、古近系等地层。

测线所在部位推测为青山口—黄陂断裂通过部位,并且处于麻城—新洲凹陷南缘部位,地表第四系分布广泛,测线通过部位少见基岩露头,仅在一处施工开挖断面位置见到强风化玄武岩。

图1 CSAMT测线所在位置示意图Fig.1 Sketch map of location of CSAMT survey line注:图中红线为测线所在位置,测线南边为起点,北边为终点;图中的红点为地表玄武岩出露部位。

2.2 地球物理前提

由于本区地表被第四系覆盖,收集前人在武汉市开展电法勘探时所采集的物性资料作为本次工作的参考。

表1 武汉地区岩石电阻率参数统计表Table 1 Statistical table of rock resistivity parameters in Wuhan area

从表1看出,第四系覆盖层、古近系均为相对低阻,电阻率一般为20～60 Ω·m;志留系砂页岩、页岩电阻率值约为140 Ω·m,为相对中阻;三叠系灰岩、二叠系、石炭系灰岩、泥盆系石英砂岩、玄武岩率均在400 Ω·m以上,为相对高阻。工区的岩层的电性差异为CSAMT勘探提供良好的物理前提。

不同地质环境下的岩石,电阻率差异往往较大,岩石风化、破碎、充水等表现为低阻,断层位置由于地层破碎往往也为低阻特征。因此,上表中的电阻率值仅用于确定本工区地层岩性电阻率的相对大小关系。

3 物探方法及原理

CSAMT属人工源频率测深,是根据不同频率的电磁波在地下传播有不同的趋肤深度δ,通过对不同频率电磁波强度的测量就可以得到该频率所对应深度的地电参数,从而达到测深的目的。电磁波在地下传播的趋肤深度δ计算公式如下:

式中:ρ为地层的平均电阻率(Ω·m);f为电磁波频率(Hz)[2-3]。

CSAMT基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组,导出了电场(E)、磁场(H)与电阻率(ρa)的关系式:

式中:Ex和Hy为相互垂直的电场和磁场。

4 数据采集及分析解释

4.1 数据采集

数据采用加拿大凤凰公司的V8电法工作站,其特点是仪器发射功率大,探测深度大,分辨率高,抗干扰能力强。工作中,应用标量测量,测点距离为50 m,测深频率为9 600～1.33 Hz(共计40个频点),收发距为7 km,发射电流达到26A。

由于工作所在位置,部分区域存在较强的干扰,为保证数据采集质量,主要通过以下几种手段保证采集数据的可靠性:

(1) 加大供电电流,增加数据采集时间;

(2) 对于磁信号受到强烈干扰的位置,其附近相邻测点增加多个磁道采集站,运用插值法计算强干扰位置的磁信号,替代仪器采集的质量较差的磁道,利用原始电场信号和计算所得的磁信号,进而计算电阻率值;

(3) 根据相邻测点的情况,对采集数据中较差的频点进行有根据的剔除。

通过上述方法所得数据,再应用专业软件进行处理、反演,所得成果剖面比较真实地反映了该区域的地质情况。

4.2 资料分析及解释

从CSAMT反演剖面图上可以看出,电阻率的变化很有规律(见图2)。

4.2.1 地层

结合已知地质资料,该CSAMT剖面反演图上电性分层整体大致可以分成两层。①表层:电阻率<100 Ω·M,推测主要为古近系红层(上部存在相对较薄的第四系地层),从图中可以看出该层从南向北厚度逐渐增加(从几十米逐渐增加到600 m左右)。②下层:电阻率整体>300 Ω·M(局部位置电阻率>3 000 Ω·M),推测主要为三叠系至泥盆系的灰岩、石英砂岩等高阻地层引起。

图2 CSAMT法电阻率反演剖面推断成果图Fig.2 Deduction of resistivity inversion section by CSAMT method

4.2.2 断层

电阻率剖面上,测点2 250、测点2 650正下方,在高电阻层中,存在两条比较陡立的低电阻条带。结合物性资料推测该位置存在两条比较陡立的断层。从CSAMT反演剖面图中可以看出,2 250点位置推测断层向南倾,倾角约70°;2 650点位置断层近乎垂直。以往地质资料显示,该位置为青山口—黄陂断裂通过部位,因此,推测上述两条断层可能为青山口—黄陂断裂中的两条。

4.2.3 玄武岩

CSAMT剖面图中,测点2 250～2 450之间下方,在低阻的古近系红层中,存在高电阻异常,其电阻率整体>1 000 Ω·M。结合地质资料和物性特征推测该高阻体为未蚀变、风化的玄武岩,该位置右侧400 m处即为地表玄武岩出露部位。从图2中可以看出,玄武岩正处于下部断裂的正上方,因此,推测该玄武岩的形成与青山口—黄陂断裂存在一定关系。

5 质量验证

根据收集的地质、物探等资料,该测线所在位置处于麻城—新洲凹陷的边缘部位,面积性的重力资料显示测线大号方向为低重力异常,面积性的磁法资料显示测线上2 250～2 450点位置处于磁异常范围内,地表玄武岩出露部位处于测线旁边,这些都与CSAMT反演剖面所得结果一致。

6 结论

CSAMT清晰反映测线通过部位地层厚度的变化,圈定了隐伏玄武岩存在的部位,比较准确的划出了厚覆盖区断层构造的位置。通过上述资料,充分说明在进行深部地质勘探时,通过合理数据采集和精细的资料处理,CSAMT可以取得较好的探测效果,从而解决实际地质问题。

[1] 湖北省地质局地球物理勘探大队.武汉都市发展区基岩地质调查专项成果报告[R].武汉:湖北省地质局地球物理勘探大队,2016.

[2] 石昆法.可控源音频大地电磁法理论与应用[M].北京:科学出版社,1999.

[3] 汤井田,何继善.可控源音频大地电磁法及其应用[M].长沙:中南大学出版社,2005.

[4] 李金铭.地电场与电法勘探[M].北京:地质出版社,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

湖北省地质局科技项目(编号:KJ2017-1)资助。

王斌战(1981-),男,工程师,地球物理专业,从事电法、电磁法勘查技术工作。E-mail:44214784@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171025.1642.004.html数字出版日期2017-10-25 16:42

费雯丽)