可控源音频大地电磁在山西找水一例
摘要：可控源音频大地电磁法(CSAMT)是电磁法的一种，它的主要特点是用人工控制的场源做频率测深，被广泛应用于地下水资源调查、金属矿和石油勘查等领域。应用该方法在江苏东海超高压变质带上寻找地下水,取得了很好的地质效果。为了查明山西某区的富、导水状况，对该区水文地质进行详细勘探，为煤矿的安全生产提供科学的地质资料，对该区进行电法勘探。
关键词：可控源音频大地电磁法；找水 在地下水勘查中,过去通常采用直流电剖面法、直流电测深法与地面磁测相结合的方法,地质效果较好,其局限性在于工作效率较低,勘探深度相对较小。CSAMT法采用大收发距的工作装置,使得笨重的发射装置可以有选择地布设在地形、交通条件相对较好的地段,同时该方法一次布设发射偶极,可进行多条测线测量,因而有效地克服了直流电法的某些不足,并且加大了勘探深度,更满足了解决深部地质问题对电法工作的要求。 1工程概况 某矿区位于沁水煤田北部，隶属寿阳县。西距晋中市50Km, 东距阳泉市40Km, 至太原80Km。 1.1地层 勘查区位于太行山西麓、沁水煤田西北部边缘之中段。地表均为第四系松散层覆盖，根据钻孔揭露主要地层为奥陶系马家沟组、峰峰组；石炭系中统本溪组、上统太原组；二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组以及第四系。 勘查区位于沁水煤田西北端，阳曲—盂县纬向构造带南翼，其东西两侧受太行经向构造带和新华夏系构造的控制，南部受寿阳西洛南北向构造带的影响，整个勘查区是在纬向与经向和新华夏系构造的复合控制之下。区内构造相对比较复杂，基本为一单斜构造，伴有一些以东西向的走向断层和斜交断层为主的正断层，褶曲发育，无火成岩侵入，岩溶陷落柱比较发育。地层倾角小，平均6°左右。 1.3煤层 1. 4含水层 奥陶系中统石灰岩岩溶含水层：本统分上、下马家沟及峰峰组，在区北外围大面积出露，含水层主要为上马家沟组上段和峰峰组中上段，含水结构主要为溶孔、小溶洞。上马家沟组赋水性强，峰峰组赋水性弱。奥灰水属娘子关泉域，水位西北高、东南低、流向东南。 2音频大地电磁法 可控源音频大地电磁法（简称CSAMT）是在音频大地电磁法（AMT）的基础上发展起来的一种人工场源频率测深法，它用地面偶极子或水平线圈作为人工信号源产生可控的电磁信号，通过接收不同频率的电磁信号达到测深的目的。 )天波、地层波和地面波；(b)波程差与波阵面 根据交流电的趋肤效应，频率不同其穿透深度不同，频率高时电磁场分布于浅层，频率低时电磁场分布在较深范围内，所以改变发射频率，可以研究不同深度上的地质情况。这从趋肤深度公式（1）可明显看出。 CSAMT测深法与直流电测深法相比，具有分辨能力强，能穿透高阻覆盖层和各向异性较小等特点。 3资料采集 3.1场源设置 选择接地供电偶极距AB之间距离 1Km向地下供电，AB方向误差小于3°，供电电极A、B两端使用铝板，采用组合电极方式布极，入地深度0.5~0.7米，浇灌盐水，保持接地条件良好，以减小接地电阻，增大供电电流。本次施工供电电流一般为18安培。 3.2观测装置 按 (电磁波趋肤深度)的要求，完全满足本区探测800m左右的深度。 3.4试验工作 在进行正式施工之前，我们首先做了试验工作，选取3线桩号300～900米，共计30个物理点，用可控源音频大地电磁法（CSAMT）进行测量。采集高质量的原始数据，经数据处理后得到如图3两种反演结果。通过分析对比这两种反演结果，发现博斯蒂克二维反演结果更加符合地质要求，能达到解决本测区的地质任务。通过这次试验，我们决定选用可控源音频大地电磁法（CSAMT）对本测区进行本测区测量,选用博斯蒂克二维反演方法进行全区资料的反演处理。 4资料解释 4.1解释依据 由地质资料可知，在9804工作面上存在有断层、陷落柱等地质构造，其中岩溶陷落柱比较发育，我们分析地下富水、导水性主要依据的是断层破裂带和陷落柱与围岩电阻率的变化，断层的电阻率主要取决于断层的破碎程度及其富水性，富水断层和导水断层的电阻率远小于不富水断层和周围不富水地层的电阻率，这是电法探测含水断层和进行富水分区的物性依据；陷落柱与围岩间的电性也存在明显的差别，如陷落柱富水其与围岩间的电阻率差别较大，若电阻率值接近相同，则陷落柱不导水，正常地层沉积条件下，地层电性比较均匀，遇有陷落柱时，地层的电性发生较明显的变化，如果为充水陷落柱，表现为高电位低电阻异常；若陷落柱不富水或弱富水则表现为低电位高电阻异常。 4.2解释方法 本次电法勘探采用了可控源音频大地电磁测深法施测，依据电法勘探原理及地下人工电场分布特征，当地层沉积分布均匀，未受任何破坏和改变，其视电阻率分层均匀变化；如遇有砂岩裂隙、岩层水等诸多因素影响，相对沉积分布均匀的地层而言，视电阻率值相对变小。 4.3剖面分析 根据以上可控源音频大地电磁测深法解释原则，下面着重对2个有代表性的剖面进行详细分析。图4为1线CSAMT视电阻率拟断面图,图中黑色粗线为9#煤层线, 天蓝色区域或条带为相对低阻区（小于40Ω•M），该区域为相对富水区。从图中可以看出9#煤层上100米视电阻率等值线成层状分布，比较均匀，没有明显的低阻异常区域，说明在9#煤层上100米深度范围内不存在明显的富水区。 在该剖面的920～940和1040～1080m桩号之间的950～1000m标高区间存在两个局部低阻异常区域，这两个局部低阻异常与埋深100m左右的低阻异常层基本沟通，分析是有基岩局部裂隙发育导致的异常，应该是局部富水区段。 剖面图上反映的9号煤层上部低阻异常区域位于9号煤层上300m左右，是基岩风化带含水层的反应，该含水层对9号煤层的开采影响不大。 从1线视电阻率拟断面图上可以清楚的看到，剖面的前半段（0～740m桩号之间）9号煤层附近的视电阻率相对较低，而后半段的视电阻率相对较高，分析是前半段9号煤层与本溪组地层的距离较小，同时该段本溪组地层的铁铝质泥岩的铁质含量较高，使其对CSAMT测量结果的影响较大造成的。 该剖面在9号煤下部视电阻率等值线基本均匀、平滑，仅在剖面的起始端0～140m桩号之间有一段相对低阻异常，分析是该段地层奥陶系峰峰组地层相对破碎引起的。剖面上180m桩号附近的F6断层不存在明显的富水和导水性。 图5是为2线CSAMT视电阻率拟断面图,图中黑色粗线为9#煤层线, 天蓝色区域或条带为相对低阻区（小于40Ω•M），该区域为相对富水区。图中反应在880m桩号以前9号煤层层位的视电阻率相对较低，结合井下揭露情况，对应880m桩号的巷道处9号煤层标高为754.80m，形成一个小的次级背斜，使得前部顺层流动的岩层水局部富集形成了相对的低阻异常。 5结束语 本次电法勘探工作的资料分析解释是建立在静态基础上的，随着煤矿开采的进行，水文地质会发生一定的变化，从而引起断层、陷落柱导水，富水性的变化。在资料的使用过程中要时刻结合井下的当前状况进行分析。9#煤层上岩溶裂隙相对较发育，分布较广。富水层主要集中在9#煤层上150米以上，影响工作面开采的上覆含水层的层位距开采煤层的层间距最小的是15米左右，位于测区的西南角。9#煤层上覆地层强富水区相对集中分布在测区的北部和南部两端，而中、弱富水区相互镶嵌分布在背斜构造的轴部和两翼。