可控源音頻大地電磁法在隱伏活動(dòng)斷裂探測(cè)中的應(yīng)用

尹維民 張健橋

摘要：可控源音頻大地電磁法是比較有效和常見的一種電磁法，其在煤礦領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛。本研究通過(guò)對(duì)可控源音頻大地電磁法的深入了解，分析其在隱伏活動(dòng)斷裂探測(cè)重要的應(yīng)用，結(jié)合具體實(shí)例，提出己見，以為相關(guān)領(lǐng)域研究提供理論支持和參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：可控源音頻大地電磁法；隱伏活動(dòng)；斷裂層；探測(cè)

前言：可控源音頻大地電磁法是電磁法的一種，其具備很多自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。由于地殼運(yùn)動(dòng)及地震的頻頻發(fā)生，導(dǎo)致礦區(qū)隱伏活動(dòng)大量出現(xiàn)，導(dǎo)致地層發(fā)生斷裂，對(duì)周邊環(huán)境等造成較大的安全威脅。利用相應(yīng)的電磁法對(duì)所在區(qū)域加以測(cè)量和探測(cè)，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，并制定解決方法，提高隱伏活動(dòng)斷裂的探測(cè)水平及效率，豐富數(shù)據(jù)資料。

1 CSAMT工作原理

CSAMT（可控源音頻大地電磁法）主要利用人工控制場(chǎng)源加以頻率探測(cè)。由于人工場(chǎng)源能夠有效解決信號(hào)微弱的問(wèn)題，通過(guò)此方式將地面的波全部當(dāng)做平面波，在頻率較低的情況下會(huì)發(fā)生電阻減少的狀況，并且坐標(biāo)中出現(xiàn)45度角的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生進(jìn)場(chǎng)效應(yīng)。在將數(shù)值校正后，加以CSAMT的反演[1]。CSAMT主要觀察地面，而由于電極產(chǎn)生的波來(lái)自不同的方向，且其運(yùn)輸方法通常為地面波、地層波、天波等。而不同的波種類其長(zhǎng)度存在一定的差異。

2區(qū)域地質(zhì)狀況

山東省某地區(qū)為平原，其地質(zhì)構(gòu)成主要為斷裂層，斷裂方向?yàn)楸睎|及西東兩個(gè)方向，斷裂區(qū)域繁多，褶皺發(fā)育較為完整。依照相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)，此地區(qū)的北東斷裂區(qū)和西東斷裂區(qū)有交點(diǎn)。此區(qū)域共有4系構(gòu)成，主要為奧陶系、青白口系、侏羅系、石炭系等等。利用對(duì)不同巖層的計(jì)算和搜集，并且結(jié)合原有的巖石電阻數(shù)值，可以將此地區(qū)的電阻率劃分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的等級(jí)。此區(qū)域的不同巖層存在很顯著地電阻差異，而因此電磁法師應(yīng)用巖石的電性差異加以測(cè)深的，所以此地區(qū)能夠滿足此電磁法的要求和使用條件。如圖1為山東省某地區(qū)地形地勢(shì)圖。

圖1：山東省某地區(qū)地形地勢(shì)圖

3野外數(shù)據(jù)搜集

本次測(cè)量中，采用V-8（加拿大鳳凰公司生產(chǎn)）設(shè)備展開勘探，通過(guò)利用此電磁法對(duì)資料加以搜集。通過(guò)運(yùn)用其中的一個(gè)場(chǎng)源計(jì)算電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分量。而分別設(shè)置水平和豎直兩條測(cè)量線，并且保證豎直方向呈90°角[2]。整個(gè)CSAMT系統(tǒng)還包括磁探頭、不同電極、輔助接收機(jī)、發(fā)射機(jī)等等。發(fā)射機(jī)應(yīng)保證最高功率為20000瓦，且最高輸電U為1千伏。

如要達(dá)到搜集到準(zhǔn)確有效的數(shù)值，應(yīng)選用恰當(dāng)?shù)膮?shù)（電流值、信號(hào)頻率、收發(fā)之間的距離等）加以探測(cè)和工作。發(fā)射偶極之間的距離為1200米，收發(fā)距離為600米。由于有用的信號(hào)并無(wú)法全面地防止信號(hào)變?nèi)?。然而由于其所在地區(qū)的地勢(shì)、周邊環(huán)境、物質(zhì)等都存在不同，會(huì)對(duì)發(fā)射信號(hào)、場(chǎng)源、電阻值等形成一定的影響。因此如果要保證信號(hào)的有效，則應(yīng)選擇正確的收發(fā)距離，并且確定電極長(zhǎng)度，由此能夠很大限度上保證得到的資料和數(shù)值的準(zhǔn)確有效。勘探過(guò)程中，選取合適的頻率，最大頻率值為7.7×103赫茲，最小頻率值為1赫茲。并且對(duì)水平分辨能力，設(shè)置其接收信號(hào)的距離是30米。并且將相關(guān)信號(hào)發(fā)射等設(shè)備納入考察標(biāo)準(zhǔn)中，增加控制信號(hào)的性能，實(shí)現(xiàn)數(shù)值準(zhǔn)確率提高的目標(biāo)。如想最大程度保證數(shù)據(jù)的重疊數(shù)量科學(xué)合理，避免被周邊環(huán)境影響，需要將整體頻率值的搜集時(shí)間定到40分鐘到90分鐘之間。

4數(shù)據(jù)處理

通常情況下，數(shù)據(jù)處理的成果和野外數(shù)據(jù)采集的成果有著極大的相關(guān)性，在將相關(guān)野外數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集整理過(guò)程中，應(yīng)將不合理和不需要的數(shù)據(jù)排除，避免其影響整個(gè)測(cè)量結(jié)果。利用V-8儀器設(shè)備，并采用可視軟件等進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算管理，其能夠在很大程度上達(dá)到勘探目標(biāo)[3]。在講數(shù)據(jù)存入和統(tǒng)計(jì)后，保存在計(jì)算機(jī)中，并且將其打印出來(lái)，使得數(shù)據(jù)表達(dá)更加直觀和直接。數(shù)據(jù)反演也是對(duì)隱伏活動(dòng)斷裂探測(cè)的重要流程之一，利用合適的反演方式加以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，并且利用NLGG技術(shù)實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的反演。對(duì)此地區(qū)的反演方法可以選擇二維模式，選擇光滑度適當(dāng)?shù)膮?shù)（20左右），將視電阻率與相關(guān)數(shù)據(jù)的差錯(cuò)空載在2%～4%之間。由此觀察到，其斷裂區(qū)域的斷距是200米，另一斷距為100米，兩個(gè)斷面呈65°角，且斷裂的S方向與N方向的巖層存在非常顯著的不同和差異，可見其S方向的巖石構(gòu)造主要為泥巖，且視電阻率較低，而N方向的巖石主要為火山巖，視在電阻率較高。在此基礎(chǔ)上確定鉆孔位置，則可實(shí)現(xiàn)深度勘探。

結(jié)論：隱伏活動(dòng)斷裂的出現(xiàn)很大程度上受到地震、地殼運(yùn)動(dòng)的影響，為煤礦開采等工作造成一定的困擾和安全隱患。利用人工場(chǎng)源能夠提高抗干擾能力，保證信號(hào)的強(qiáng)度。而可控源音頻大地電磁法正確利用這種方式實(shí)現(xiàn)探測(cè)的，應(yīng)廣泛并深入應(yīng)用到隱伏活動(dòng)斷裂探測(cè)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳長(zhǎng)敬，丁培超，羅士新.可控源音頻大地電磁測(cè)深在隱伏斷裂勘察中的應(yīng)用研究[J].價(jià)值工程，2011，09（29）：295-297.

[2]成江明.可控源音頻大地電磁法在隱伏煤礦區(qū)的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2010，04（12）：1269-1272.

[3]李立民.可控源音頻大地電磁法在秦嶺輸水隧洞斷裂勘察中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014，08（03）：131-133.