可控源音頻大地電磁在山西找水一例

1、可控源音頻大地電磁在山西找水一例 可控源音頻大地電磁在山西找水一例摘要：可控源音頻大地電磁法(csamt)是電磁法的一種，它的主要特點(diǎn)是用人工控制的場(chǎng)源做頻率測(cè)深，被廣泛應(yīng)用于地下水資源調(diào)查、金屬礦和石油勘查等領(lǐng)域。應(yīng)用該方法在江蘇東海超高壓變質(zhì)帶上尋找地下水,取得了很好的地質(zhì)效果。為了查明山西某區(qū)的富、導(dǎo)水狀況，對(duì)該區(qū)水文地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)勘探，為煤礦的安全生產(chǎn)提供科學(xué)的地質(zhì)資料，對(duì)該區(qū)進(jìn)行電法勘探。關(guān)鍵詞：可控源音頻大地電磁法；找水在地下水勘查中,過去通常采用直流電剖面法、直流電測(cè)深法與地面磁測(cè)相結(jié)合的方法,地質(zhì)效果較好,其局限性在于工作效率較低,勘探深度相對(duì)較小。csamt法采用大收發(fā)距的工作

2、裝置,使得笨重的發(fā)射裝置可以有選擇地布設(shè)在地形、交通條件相對(duì)較好的地段,同時(shí)該方法一次布設(shè)發(fā)射偶極,可進(jìn)行多條測(cè)線測(cè)量,因而有效地克服了直流電法的某些不足,并且加大了勘探深度,更滿足了解決深部地質(zhì)問題對(duì)電法工作的要求。1工程概況某礦區(qū)位于沁水煤田北部，隸屬壽陽縣。西距晉中市50km, 東距陽泉市40km, 至太原80km。1.1地層勘查區(qū)位于太行山西麓、沁水煤田西北部邊緣之中段。地表均為第四系松散層覆蓋，根據(jù)鉆孔揭露主要地層為奧陶系馬家溝組、峰峰組；石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組；二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組以及第四系。1.2構(gòu)造勘查區(qū)位于沁水煤田西北端，陽曲盂縣緯向構(gòu)造帶南翼，

3、其東西兩側(cè)受太行經(jīng)向構(gòu)造帶和新華夏系構(gòu)造的控制，南部受壽陽西洛南北向構(gòu)造帶的影響，整個(gè)勘查區(qū)是在緯向與經(jīng)向和新華夏系構(gòu)造的復(fù)合控制之下。區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對(duì)比較復(fù)雜，基本為一單斜構(gòu)造，伴有一些以東西向的走向斷層和斜交斷層為主的正斷層，褶曲發(fā)育，無火成巖侵入，巖溶陷落柱比較發(fā)育。地層傾角小，平均6左右。1.3煤層測(cè)區(qū)主要含煤地層為山西組和太原組，共含煤17層，自上而下為1、2、3、4、5、6、8、9上、9、11、12、13、13下、15、15下、16、17號(hào)。主要可采煤層為3、6、8、9、15、15下號(hào)6層煤。1. 4含水層奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶含水層：本統(tǒng)分上、下馬家溝及峰峰組，在區(qū)北外圍大面積出露，含

4、水層主要為上馬家溝組上段和峰峰組中上段，含水結(jié)構(gòu)主要為溶孔、小溶洞。上馬家溝組賦水性強(qiáng)，峰峰組賦水性弱。奧灰水屬娘子關(guān)泉域，水位西北高、東南低、流向東南。2音頻大地電磁法可控源音頻大地電磁法（簡(jiǎn)稱csamt）是在音頻大地電磁法（amt）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種人工場(chǎng)源頻率測(cè)深法，它用地面偶極子或水平線圈作為人工信號(hào)源產(chǎn)生可控的電磁信號(hào)，通過接收不同頻率的電磁信號(hào)達(dá)到測(cè)深的目的。在csamt方法勘探中，往往研究的是均勻半空間點(diǎn)電源或磁偶極子在地面上產(chǎn)生的場(chǎng)，這是因?yàn)闃?gòu)造電磁法勘探是在地面上進(jìn)行觀測(cè)的。由場(chǎng)論可知，偶極天線產(chǎn)生的電磁波實(shí)際上是向四面八方輻射的（圖1），就波的傳播途徑可分為天波、地面波

5、和地層波。電磁波在空氣中的波長(zhǎng)為c/f(c是光速，f是頻率)，地中的波長(zhǎng)為（107/（f1）1/2?？梢婋姶挪ㄔ诘叵碌牟ㄩL(zhǎng)遠(yuǎn)小于空氣中的波長(zhǎng)，這樣一來沿地表傳播的地面波（用s0表示）和直接在地中傳播的地層波（用s1表示）在某一時(shí)刻t時(shí)，由于波程差，就會(huì)在地面附近形成近于水平的波陣面，造成一個(gè)幾乎是垂直向下傳播的s*波，即近似的水平極化平面波。s0波、 s1波和s*波在傳播過程中均與地下地質(zhì)體發(fā)生作用，并把作用結(jié)果反映到地面觀測(cè)點(diǎn)。)天波、地層波和地面波；(b)波程差與波陣面根據(jù)交流電的趨膚效應(yīng)，頻率不同其穿透深度不同，頻率高時(shí)電磁場(chǎng)分布于淺層，頻率低時(shí)電磁場(chǎng)分布在較深范圍內(nèi)，所以改變發(fā)射頻率，

6、可以研究不同深度上的地質(zhì)情況。這從趨膚深度公式（1）可明顯看出。csamt測(cè)深法與直流電測(cè)深法相比，具有分辨能力強(qiáng)，能穿透高阻覆蓋層和各向異性較小等特點(diǎn)。3資料采集3.1場(chǎng)源設(shè)置選擇接地供電偶極距ab之間距離 1km向地下供電，ab方向誤差小于3，供電電極a、b兩端使用鋁板，采用組合電極方式布極，入地深度0.50.7米，澆灌鹽水，保持接地條件良好，以減小接地電阻，增大供電電流。本次施工供電電流一般為18安培。3.2觀測(cè)裝置布極方式為赤道偶極裝置，采用csamt方法的標(biāo)量測(cè)量方式，測(cè)量電場(chǎng)分量 的電極mn水平平行于供電極ab，水平磁場(chǎng) 垂直于場(chǎng)源布設(shè)。兩個(gè)（1主1副）接收單元分別連3個(gè)電道，共6

7、道，共用1個(gè)磁道,（圖2）。ab和mn間的距離（稱為收發(fā)距r）為6 km，按 (電磁波趨膚深度)的要求，www.lwlm.com完全滿足本區(qū)探測(cè)800m左右的深度。3.4試驗(yàn)工作在進(jìn)行正式施工之前，我們首先做了試驗(yàn)工作，選取3線樁號(hào)300900米，共計(jì)30個(gè)物理點(diǎn)，用可控源音頻大地電磁法（csamt）進(jìn)行測(cè)量。采集高質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得到如圖3兩種反演結(jié)果。通過分析對(duì)比這兩種反演結(jié)果，發(fā)現(xiàn)博斯蒂克二維反演結(jié)果更加符合地質(zhì)要求，能達(dá)到解決本測(cè)區(qū)的地質(zhì)任務(wù)。通過這次試驗(yàn)，我們決定選用可控源音頻大地電磁法（csamt）對(duì)本測(cè)區(qū)進(jìn)行本測(cè)區(qū)測(cè)量,選用博斯蒂克二維反演方法進(jìn)行全區(qū)資料的反演處理。

8、4資料解釋4.1解釋依據(jù)由地質(zhì)資料可知，在9804工作面上存在有斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，其中巖溶陷落柱比較發(fā)育，我們分析地下富水、導(dǎo)水性主要依據(jù)的是斷層破裂帶和陷落柱與圍巖電阻率的變化，斷層的電阻率主要取決于斷層的破碎程度及其富水性，富水?dāng)鄬雍蛯?dǎo)水?dāng)鄬拥碾娮杪蔬h(yuǎn)小于不富水?dāng)鄬雍椭車桓凰貙拥碾娮杪剩@是電法探測(cè)含水?dāng)鄬雍瓦M(jìn)行富水分區(qū)的物性依據(jù)；陷落柱與圍巖間的電性也存在明顯的差別，如陷落柱富水其與圍巖間的電阻率差別較大，若電阻率值接近相同，則陷落柱不導(dǎo)水，正常地層沉積條件下，地層電性比較均勻，遇有陷落柱時(shí)，地層的電性發(fā)生較明顯的變化，如果為充水陷落柱，表現(xiàn)為高電位低電阻異常；若陷落柱不富水或

9、弱富水則表現(xiàn)為低電位高電阻異常。4.2解釋方法本次電法勘探采用了可控源音頻大地電磁測(cè)深法施測(cè)，依據(jù)電法勘探原理及地下人工電場(chǎng)分布特征，當(dāng)?shù)貙映练e分布均勻，未受任何破壞和改變，其視電阻率分層均勻變化；如遇有砂巖裂隙、巖層水等諸多因素影響，相對(duì)沉積分布均勻的地層而言，視電阻率值相對(duì)變小。4.3剖面分析根據(jù)以上可控源音頻大地電磁測(cè)深法解釋原則，下面著重對(duì)2個(gè)有代表性的剖面進(jìn)行詳細(xì)分析。圖4為1線csamt視電阻率擬斷面圖,圖中黑色粗線為9#煤層線, 天藍(lán)色區(qū)域或條帶為相對(duì)低阻區(qū)（小于40m），該區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)富水區(qū)。從圖中可以看出9#煤層上100米視電阻率等值線成層狀分布，比較均勻，沒有明顯的低阻異常區(qū)

10、域，說明在9#煤層上100米深度范圍內(nèi)不存在明顯的富水區(qū)。在該剖面的920940和10401080m樁號(hào)之間的9501000m標(biāo)高區(qū)間存在兩個(gè)局部低阻異常區(qū)域，這兩個(gè)局部低阻異常與埋深100m左右的低阻異常層基本溝通，分析是有基巖局部裂隙發(fā)育導(dǎo)致的異常，應(yīng)該是局部富水區(qū)段。剖面圖上反映的9號(hào)煤層上部低阻異常區(qū)域位于9號(hào)煤層上300m左右，是基巖風(fēng)化帶含水層的反應(yīng)，該含水層對(duì)9號(hào)煤層的開采影響不大。從1線視電阻率擬斷面圖上可以清楚的看到，剖面的前半段（0740m樁號(hào)之間）9號(hào)煤層附近的視電阻率相對(duì)較低，而后半段的視電阻率相對(duì)較高，分析是前半段9號(hào)煤層與本溪組地層的距離較小，同時(shí)該段本溪組地層的鐵

11、鋁質(zhì)泥巖的鐵質(zhì)含量較高，使其對(duì)csamt測(cè)量結(jié)果的影響較大造成的。該剖面在9號(hào)煤下部視電阻率等值線基本均勻、平滑，僅在剖面的起始端0140m樁號(hào)之間有一段相對(duì)低阻異常，分析是該段地層奧陶系峰峰組地層相對(duì)破碎引起的。剖面上180m樁號(hào)附近的f6斷層不存在明顯的富水和導(dǎo)水性。圖5是為2線csamt視電阻率擬斷面圖,圖中黑色粗線為9#煤層線, 天藍(lán)色區(qū)域或條帶為相對(duì)低阻區(qū)（小于40m），該區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)富水區(qū)。圖中反應(yīng)在880m樁號(hào)以前9號(hào)煤層層位的視電阻率相對(duì)較低，結(jié)合井下揭露情況，對(duì)應(yīng)880m樁號(hào)的巷道處9號(hào)煤層標(biāo)高為754.80m，形成一個(gè)小的次級(jí)背斜，使得前部順層流動(dòng)的巖層水局部富集形成了相對(duì)的低阻異常。5結(jié)束語本次電法勘探工作的資料分析解釋是建立在靜態(tài)基礎(chǔ)上的，隨著煤礦開采的進(jìn)行，水文地質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的變化，從而引起斷層、陷落柱導(dǎo)水，