可控源音頻大地電磁測深法應用研究綜述

崔中良，洪 托，崔東豪，郭鋼陽，李俊璞

（1.昆明理工大學，云南 昆明 650093；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第三地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450000；3.煤炭工業(yè)鄭州設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450007）

可控源音頻大地電磁測深法應用研究綜述

崔中良1，洪 托1，崔東豪1，郭鋼陽2，李俊璞3

（1.昆明理工大學，云南 昆明 650093；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第三地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450000；3.煤炭工業(yè)鄭州設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450007）

與常規(guī)物理勘探手段相比，可控源音頻大地電磁法（CSAMT）具有勘探深度大、抗干擾能力強、工作效率高及分辨率高等特點，因此其被廣泛應用于地下熱水勘探、地質(zhì)構造探測、隧道勘察， 以及金屬礦產(chǎn)勘查等，并取得了良好的勘查效果。通過對可控源音頻大地測深法在不同領域應用現(xiàn)狀的綜述并舉例說明，筆者認為可控源音頻大地測深法作為一種地球物理勘探手段，擁有著其他物探手段無法比擬的優(yōu)點，在現(xiàn)階段具有不可替代性。

可控源音頻大地電磁測深法；隧道勘查；金屬勘查

0 前 言

我國于1986年開始接觸可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT），并先后在多地開展了 CSAMT法的研究和實驗工作，工作內(nèi)容包括工程物探、金屬礦產(chǎn)勘探、地熱田勘探等，最終都取得了令人滿意的效果［1］。隨著對CSAMT法的成功應用及理論研究的深入，CSAMT法在國內(nèi)的應用亦越來越多。目前，地表淺層的地球物理勘探應用已取得了很大的突破，并且在被逐漸完善。但是隨著深度的增加，地層及構造會變得更加復雜，并使得各種地球物理參數(shù)亦變化復雜化，加之深部信號的微弱，致使常規(guī)地球物理深部勘探的效果并不理想?？煽卦匆纛l大地電磁測深法（CSAMT），因具有數(shù)據(jù)質(zhì)量高、重復性好、勘探深度大、解釋剖面橫向分辨率高、人工信號強度大等特點，在地下深部勘探中發(fā)揮越來越重要的作用［2］。筆者就可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）在地熱勘查、金屬礦產(chǎn)勘查、隧道勘查及地質(zhì)構造探測領域的應用依次闡述并舉例說明其成果的可靠性。

1 CSAMT在地熱勘查中的應用

地熱能作為愈來愈受到社會重視和開發(fā)的清潔能源，已廣泛應用于取暖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)療及烘干谷物等領域。地熱能作為一種新的綠色能源，因具有可直接利用且不受時間和四季變化制約的特點及潔凈環(huán)保、易開采且費用低廉的優(yōu)勢而有著較高的開發(fā)利用價值。為提高工作效率、減少投資風險，開發(fā)地熱資源前必須進行地熱勘探，而物探便是地熱勘探的重要手段之一［3］。隨著地熱勘探深度的增加，在過去占據(jù)主導地位的常規(guī)直流電法已難以實現(xiàn)對地下深部熱水引起的電阻率異常進行觀測，因而目前我們主要采用CSAMT來進行地熱勘探，且在深部地熱資源調(diào)查中取得了較好的地質(zhì)效果。

現(xiàn)舉一在鏡泊湖玄武巖覆蓋區(qū)深部應用CSAMT進行地熱勘查的實例。圖1為CSAMT勘查綜合解釋斷面圖［4］。測區(qū)位于元古代花崗巖帶，地表主要出露第四系全新統(tǒng)玄武巖，局部覆蓋二疊系花崗閃長巖和侏羅系二長花崗巖。巖性和電性依次為：第四系全新統(tǒng)玄武巖電阻率50 ～ 100 Ω·m，為 低 阻 層；新近系玄武巖電阻率100 ～ 250 Ω·m，為中低阻層；白堊系砂巖電阻率200 ～ 2 000 Ω·m，表現(xiàn)為整體高阻、裂隙充水后低阻；華力西期花崗巖及燕山期花崗巖電阻率均大于2 000 Ω·m，表現(xiàn)為高阻。據(jù)可控源音頻大地電磁測深反演電阻率斷面圖，推測樁號38 ～ 48之間深部存在的垂向條帶狀低阻異常區(qū)為斷層F1使得巖石破碎充水所致，且斷層破碎帶位置是最有利的熱儲部位。為驗證推斷成果的可靠性，依據(jù)物探成果并結(jié)合水文地質(zhì)資料布設鉆孔ZK01。孔深1 570 m處遇含熱水破碎帶，出水溫度為27 ℃，出水量為220 m3/d ，與CSAMT的推斷基本吻合。

2 CSAMT在金屬礦產(chǎn)勘查中的應用

地球物理勘探方法眾多，由于金屬礦的導電（磁）性好，與圍巖差異明顯，用電磁法勘查金屬礦床，地質(zhì)效果顯著。我國正處于快速工業(yè)化和經(jīng)濟騰飛的進程之中，強化第二深度空間（500～2 000 m）的找礦勘探，延長老礦山的生產(chǎn)壽命，深部找礦是擺在面前的一大歷史重任［5］。而目前我國找礦面臨的主要挑戰(zhàn)是深部找礦。CSAMT法相對于MT法和AMT法具有勘探深度大、分辨能力強、抗干擾能力強及效率高等優(yōu)點，因此已廣泛應用于金屬礦產(chǎn)勘查領域并取得了理想的地質(zhì)效果。楊乃峰等曾采用可控源音頻大地電磁法對翠宏山鐵多金屬礦（礦床類型為矽卡巖型礦床）普查區(qū)進行施測，推斷出礦體范圍、位置及埋深，后經(jīng)鉆孔驗證，發(fā)現(xiàn)厚大礦體，使翠宏山鐵多金屬礦床規(guī)模上升為大型礦床［6］。胡學玲等曾通過在商丘東芒山一帶應用可控源音頻大地電磁法，推斷出鐵礦體深部富集區(qū)位置及埋深，而鉆孔驗證結(jié)果與前期推斷基本吻合，說明可控源音頻大地電磁法在地下深部尋找盲礦的應用具有有效性［7］。

圖1 CSAMT勘查綜合解釋斷面

下面介紹一個應用CSAMT勘查花崗巖型鈾礦的實例，圖2為物探剖面推斷成果圖［8］。測區(qū)內(nèi)主要覆蓋的地層為中新元古界青白口系艾勒格廟組變質(zhì)巖系，局部出露第四系。巖性和電性依次為：石英片巖電阻率125 ～ 327 Ω·m；中粗粒黑云母花崗巖電阻率833 ～ 1 902 Ω·m；細粒花崗巖電阻率748 ～ 1 216 Ω·m；蝕變花崗巖電阻率120 ～ 478 Ω·m。

圖2 物探剖面推斷成果

從圖2可看出反演電阻率總體上可分為標高820m以上的高阻電性層和標高 820m以下的低阻電性層，推測高阻電性層為花崗巖體而低阻電性層為石英片巖。斷裂以團塊狀中低阻體變異帶及電阻率等值線梯度密集帶為特征，推測斷裂F7、F12、F16、F17和F18分別通過175 m、725 m、1175 m、1400 m和1900 m處。為檢測推斷的可靠程度，布置了驗證鉆孔ZKC5、ZKC6。驗證結(jié)果表明，鉆探揭露的地質(zhì)情況與CSAMT推斷的成果基本一致。

3 CSAMT在隧道勘查中的應用

近些年來，可控源音頻大地電磁法CSAMT迅速發(fā)展，已廣泛應用于隧道勘察。利用 CSAMT可有效地判定地下構造的形態(tài)、巖層界限及地下水的賦存情況，因而可用于指導隧道后期的設計及施工，從而有效地避免水涌、塌方等地質(zhì)災害［9-10］。

隧道勘查實例：位于濟南市黨家莊鎮(zhèn)附近的張夏隧道，地形復雜，地表為高阻層的灰?guī)r，下覆基巖為砂巖低阻層，應用可控源音頻大地電磁法對其進行了勘察。根據(jù)張夏隧道物探推斷成果圖（圖3）［9］，并結(jié)合鉆孔資料確定了巖性分布區(qū)域且推斷出巖性分界線及斷裂構造的位置，取得了較好的效果。

4 CSAMT在地質(zhì)構造探測的應用

隱伏斷裂是指在地表無顯示或出露不明顯而潛伏在地表以下的斷裂，由于其破壞了地層的連續(xù)性，會造成了地下巖層在電阻率、密度及彈性性質(zhì)等物理性質(zhì)的不連續(xù)性變化，因此，在隱伏活動斷裂探測中可以采用相應的地球物理方法，如電磁、地震方法等［11-14］，其中CSAMT以其勘探深度大、抗干擾能力強、工作效率高及分辨率高等優(yōu)點被廣泛應用于隱伏活動斷裂的探測，且應用效果良好［15-16］。

圖3 張夏隧道CSAMT推斷成果

應用實例：測區(qū)位于相山火山盆地西部，盆地基底為以千枚巖和片巖巖性為主的青白口系變質(zhì)巖，盆地蓋層為以砂巖、流紋英安巖、凝灰?guī)r和碎斑熔巖巖性為主的下白堊統(tǒng)火山巖系。巖性和電性依次為：變質(zhì)巖電阻率392～55 779 Ω·m，算數(shù)平均值5791Ω·m；花崗斑巖電阻率570～255300 Ω·m，

算數(shù)平均值8 166 Ω·m；流紋英安巖電阻率198～399 784 Ω·m，算數(shù)平均值2 808 Ω·m；碎斑熔巖電阻率90～95 468Ω·m，算數(shù)平均值24 389 Ω·m。圖4為鄒家山地區(qū)物探推斷成果圖［17］。

圖4 鄒家山地區(qū)CSAMT推斷成果

根據(jù)測區(qū)電阻率特征及該區(qū)的地質(zhì)情況推測上部電阻率2 000 ～ 20 000 Ω·m的高阻層為下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖，中部電阻率0 ～ 1 000 Ω·m的低阻層為下白堊統(tǒng)打鼓頂組流紋英安巖，電阻率范圍基本與上部高阻層一致的下部高阻層為相山火山盆地基底青白口系變質(zhì)巖。上部低阻體呈不連續(xù)的塊狀分布且局部地區(qū)出現(xiàn)電阻率等值線錯斷與下凹的特征，推測出分別位于2 200、3 200、4 000 m處的3條斷裂 F1、F2和F3。而鉆孔ZK55-52及ZK57-54驗證結(jié)果與CSAMT推測結(jié)果基本吻合，說明了CSAMT方法可有效的劃分組間界面及對斷裂的識別。

5 結(jié) 語

CSAMT作為一種地球物理勘探手段，克服了采用天然場源工作的電磁法弱信噪比的缺陷，擁有著其他物探手段無法比擬的優(yōu)點：抗干擾能力強，可探測深度大，靈敏度高，工作效率高等，其正受到越來越廣泛的關注和重視。目前，CSAMT已廣泛應用地下熱水勘探、地質(zhì)構造探測、隧道勘察及金屬礦產(chǎn)勘查領域。但是必須指出的是，任何一種技術手段的應用都有其前提條件。是否應用CSAMT進行勘查，需要充分考慮到研究區(qū)特點，考慮其是否具備顯著的物性差異（電性差異），是否有必要應用CSAMT，是否還有更簡便的手段等。在解譯電阻率剖面時需充分結(jié)合已有的地質(zhì)資料、鉆孔資料及前人研究成果，爭取得到“最優(yōu)解”。

［1］ 喻汶，雷宛.可控源音頻大地電磁法在金屬礦產(chǎn)勘探中的研究及其應用［D］.成都：成都理工大學，2014.

［2］ 譚章坤.CSAMT在深部勘探中的效果研究［D］.成都：成都理工大學，2013.

［3］ 劉海桐，劉同慶，徐克全.可控源音頻大地電磁測深法在貴州地熱勘探中的應用［J］.山東煤炭科技，2015，（6）：149-151.

［4］ 馬為.CSAMT在鏡泊湖玄武巖覆蓋區(qū)深部地熱勘查中的應用［J］.工程地球物理學報，2015，12（4）：450-454.

［5］ 智超，張玉成，陳玉峰，等.深部找礦研究進展綜述［J］.地質(zhì)學刊，2014，38（4）：657-669.

［6］ 楊乃峰，何英杰，楊李汀.CSAMT法在翠宏山鐵多金屬礦床深部找礦中的應用［J］.世界地質(zhì)，2014，33（4）：880-888.

［7］ 胡學玲，孟江，周衛(wèi)東，等.CSAMT法在深部找礦中的應用［J］.地質(zhì)裝備，2015，16（6）：21-31.

［8］ 孟凡興，喬勇，胡鑒，等.可控源音頻大地電磁測量在花崗巖型鈾礦勘查中的應用［J］.物探與化探，2016，40（3）：488-513.

［9］ 許廣春，習鐵宏，段洪芳.可控源音頻大地電磁法（CSAMT）在隧道勘查中的應用［J］.工程勘察，2008，（6）：68-71.

［10］ 張毅，何傳江.CSAMT法在金沙江石鼓水源Ⅰ號輸水線路工程隧道勘察中的應用［J］.工程地球物理學報，2011，8（1）：42-46.

［11］ 方盛明，張先康，劉保金，等.探測大城市活斷層的地球物理方法［J］.地震地質(zhì)，2002，24（4）：606-608.

［12］ 易兵，曾昭發(fā)，李恩澤，等.電法探測城市活斷層的應用［J］.吉林大學學報，2005，35 （z）：115-118.

［13］ 徐明才，高景華，劉建勛，等.應用于城市活斷層調(diào)查的地震方法技術［J］.中國地震，2005，21（1）：17-23.

［14］ 劉保金，胡平，陳颙，等.北京平原西北部地殼淺部結(jié)構和隱伏活動斷裂：由地震反射剖面揭示［J］.地球物理學報，2009，52（8）：2015-2025.

［15］ 李帝銓，底青云，王光杰，等.CSAMT探測斷層在北京新區(qū)規(guī)劃中的應用［J］.地球物理學進展，2008，23（6）：1963-1968.

［16］ 董澤義，湯吉，周志明.可控源音頻大地電磁法在隱伏活動斷裂探測中的應用［J］.地震地質(zhì)，2010，32（3）：442-452.

［17］ 王峰，吳志春，陳凱，等.CSAMT法在深部地質(zhì)結(jié)構探測中的應用—以相山鈾礦田鄒家山地區(qū)為例［J］.物探與化探，2016，40（1）：17-20.

Review on Application of CSAM T

CUI Zhongliang1，HONG Tuo1，CUI Donghao1，GUO Gangyang2，LI Junpu3
（1.Kunming University of Science and Technology，Kunming，Yunnan 650093，China；2.No.3 Geological Exploration Institute，Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development，Zhengzhou，Henan 450000，China；3.Zhengzhou Design and Research Institute of Coal Industry Co. Ltd.，Zhengzhou，Henan 450007，China）

Compared w ith the conventional geophysical exploration methods， the controlled source audio magnetotelluric method（CSAMT）has great exploration depth， strong anti-interference ability， high eff ciency and high resolution， so it is w idely used in underground water exploration， geological exploration， tunnel exploration， and metal mineral exploration and achieved good effect of exploration. Through the overview of controlled source audio frequency magnetotelluric sounding method application in different felds and illustrates， the author thinks that the controlled source audio frequency magnetotelluric sounding method as a kind of geophysical exploration methods，w ith other geophysical methods can not match the advantages， which can not be replaced.

CSAMT；Tunnel exploration；Metal exploration

P631.2

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.03.049

2016-05-18

崔中良（1990-），男，碩士在讀，研究方向：礦產(chǎn)普查與勘探，手機：18468068820，E-mail：18468068820@163.com.

洪托（1970-），男，博士，昆明理工大學碩士研究生導師，副教授，主要研究：礦業(yè)經(jīng)濟.