可控源音频大地电磁测深法在煤矿采空区积水区勘查中的应用.doc

中 国 煤 炭 地 质COAL GEOLOGY OF CHINA第 23 卷 12 期2011 年 12 月Vol23 No12Dec2011doi：10.3969/j.issn.1674-1803.2011.12.13文章编号：16741803（2011）12004605可控源音频大地电磁测深法在青藏高原煤田地质勘探中的应用刁清建（青海煤炭地质勘查院，青海 西宁 810001）摘 要：青藏高原构造复杂，岩层、煤层倾角较陡，过去物探方法找煤效果不够理想。 近几年在鱼卡煤田云雾山地区、 小红山地区、羊水河地区、天峻苏里地区及海北门源盆地等地利用可控源音频大地电磁测深（CSAMT）进行勘探，有 效解决了高原冻土带高阻屏蔽层下第四系厚度、含煤岩系侏罗系基底深度、构造及基底起伏形态等地质问题。 为钻 探的布设提供了物探依据。关键词：可控源音频大地电磁测深；高原冻土；高阻屏蔽；青藏高原中图分类号： P631.3文献标识码： AControlled-Source Audio Magnetotelluric Sounding Method Applied toCoal Geological Exploration in Qinghai-Tibetan PlateauDiao Qingjian(Qinghai Coal Geological Exploration Institute, Xining, Qinghai 810001)Abstra ct: The complex structure, steep strata and coal seams in the Qinghai -Tibetan plateau made the effect of geophysicalprospecting in coal seeking not ideal in the past. Since the use of the controlled-source audio magnetotelluric sounding (CSAMT) in the Yunwushan, Xiaohongshan, Yangshuihe areas in the Iqe coalfield, the Suri area in the Tianjun County and the Mengyuan Basin in the Tibetan Autonomous Prefecture of Haibei in recent years, has been solved geological issues of Quaternary System thickness under the plateau permafrost zone high resistivity shield, coal -bearing Jurassic basement depth, structure and basement undulating etc. effectively. Thus has provided geophysical prospecting basis for drilling engineering layout.Keywords: controlled -source audio magnetotelluric sounding (CSAMT); frozen ground; high resistivity shielding; Qinghai -Tibetanplateau近年来利用美国产 GDP-32 电法工作站， 在青海海西、 海北等地进行了多个项目可控源音频大地 电磁测深勘探工作， 积累了一些高原冻土电法勘探 的经验。 一般来说，在高原冻土地带（江仓、木里、雷 尼克），永冻层厚度达 80100m，采用直流电法 AB/2 需大于 500m，才有可能穿透冻土高阻屏蔽层，但可 控源音频大地电磁测深只需 34 个频点 （ 苏里地 区），即可穿透冻土高阻屏蔽层。可控源音频大地电磁测深法是将野外采集数据 利用专用软件进行反演计算，得到整条测线断面图， 并根据高低阻变化趋势与构造、 基底起伏形态等地 质因素的对应关系做出相应的解释， 尤其对电性差 异较大的地层，这种方法的优势尤为明显。在德令哈 西柏树山-泽令沟地区勘探中， 可控源音频大地电磁测深法比较准确地控制了中务农山和布赫特山的山前断裂和断陷带内的基底深度； 在天峻苏里地区 中部 9 线北端的勘探中， 三叠系默勒群中的阿塔寺 组巨厚层长石石英砂岩和侏罗系木里群含煤地层在 电性剖面上具有明显的分界，断层和接触关系明晰。 但对地层间电性差异较小，则效果不明显，如苏里地 区三叠系默勒群尕勒德组中泥岩、炭质泥岩夹薄煤、 砂岩和侏罗系泥岩、炭质泥岩夹煤层的电阻率相近， 在电阻率断面图上不易区分。下面以实例介绍可控源音频大地电磁测深在青 藏高原煤田地质勘探中的应用效果。1 苏里地区侏罗系含煤地层1.1 地质概况及物性特征苏里地区位于托勒山以南，疏勒南山以北，主体 构造为疏勒河复向斜，向斜北翼有瓦乎寺煤矿。区内 出露的地层有三叠系、侏罗系、新近系和第四系。 其 物性特征如下：作者简介：刁清建（1958），男，1981 年毕业于陕西煤炭工业学校物探专业，物探工程师，现任青海煤炭地质勘查院电法重力 室主任。责任编辑：孙常长地表坡积、 冲积物及冻土层的电阻率 100600m；新近系砖红、紫红色砾岩、粉砂岩、泥岩的电 阻率 1030m；侏罗系黑色炭质泥岩、煤层、长石石英砂岩的 电阻率为 2080m；三叠系电阻率为 100200m。1.2 施工条件测区内海拔高4 000m，比高 300m，苏里河从测 区中间穿过，测区南北两侧地势较高，冲沟发育。 沿 苏里河一带地势较低。多年冻土发育，永冻层厚度达80m，夏季沼泽遍地，汽车难以通行。1.3 施工方法工 作 方 法 采用可控源音频大地电磁测深法 （CSAMT），供电偶极 AB=1 000m，收发距 r=8 000m，垂直 AB 偶极中点在 60扇形区域内布设测线，测量极距 MN=200m、点距为 200m。 CSAMT 采用赤道偶 极观测装置，标量测量，测量水平电场分量和垂直磁 场分量，利用卡尼亚电阻率公式计算卡尼亚电阻率。1.4 勘探效果以该区 9 线为例， 从地表露头可知测线北 段101113 号点为侏罗系反映，电阻率为 3080m。在 102 号点附近施工了二个钻孔，孔深 500m，见煤3 层，但未打到侏罗系基底。 94101 号为高阻反映， 其电阻率 100300m，三叠系的反映。 在 8494 号 点反演剖面为低阻异常带，电阻率 1030m，反映 了新近系地层。 6283 号点上部为红色高阻异常，电 阻率 100600m， 它反映了天峻县苏里河南岸的永冻层地带，映（图1）。之下低阻应为新近系和侏罗系地层反图 1 苏里地区 CSAMT 反演断面图的解释Figure 1 Suri area CSAMT inversion section2 门源盆地第四系、侏罗系下伏地层2.1 地质概况及物性特征门源盆地属中新生代断陷盆地， 主要褶皱形态 为复式向斜， 后经较老构造体系的多期运动及河西 系断裂切割，形成一系列阶梯状断裂块，北深南浅。 测区内出露的地层有奥陶系、三叠系、侏罗系、白垩 系、新近系和第四系。 各地层电性特征如下：质页岩的电阻率 3080m；侏罗系棕色细砂岩夹粗砂岩、灰绿色页岩、泥 岩夹煤层的电阻率 2060m； 白垩系紫红色砂砾岩 、 页 岩 的 电 阻 率 55 180m； 新近系淡红色砂岩 、 细 砾 岩 的 电 阻 率 26 36m。2.2 施工条件测区北边为祁连山冷龙岭、南边为大坂山，大通 河从测区南边流过，海拔高2 8003 200m。 整个地势奥陶系千枚岩 、100300m；石英岩、 凝灰岩的电阻 率三叠系灰白色砂岩、灰黑色薄层细砂岩、夹炭中 国 煤炭 地 质第 23 卷48北高南低， 山前一带冲沟发育。 区内广为第四系覆盖，山前有侏罗系、古近系地层出露。2.3 施工方法土，电阻率较低，厚度 1050m；北端为砂砾石层，电阻率较高，厚度在 100300m。第四系之下为天兰色、绿色低阻反映，电阻率在 1060m，对应白垩系、侏罗系。 因白垩系和侏罗系电性差异较小， 不易区 分， 把它们划为同一个电性层 。 该层基底深度在10001500m， 在剖面北端该层基底深度在2 000测线基本垂直构造呈北东南西向布设，供电偶极 AB=1500m， 收 发 距 r=11.5km， 测 量 极 距 MN =200m，测深点距为 200m。 AB 供电偶极采用铝箔纸 接地挖坑深埋并浇盐水，测量电极采用不极化电极， 发射频率选择 0.1258 192HZ，部分测点采用加密频 点观测。2.4 勘探效果2010 年在门源盆地施工了一条 CSAMT 剖 面 线，在反演断面图上颜色分为天兰色、绿色、黄色和 红色（原图为彩色），所反映的电阻率依次由低到高。 上部、红色电阻率大于 100m，反映了第四系冲、白垩系、侏罗系之下为黄色中阻反映，根据2500m。电性参数推断为三叠系反映。 三叠系的底部深度断层 以 南 在1 250 1 800m， 在断层以北底部深度在 三叠系下部呈大红色高阻，对应奥陶25003 000m。系。测线北端 51 号点以北，反演断面图底部红色高阻明显向深部倾斜，低阻层变厚，推测在 5051 号 点间可能存在一条向北倾的断层。 断层以南奥陶系埋深较浅，断层以北奥陶系埋藏较深（图 2）。洪积砂砾石层。剖面南端大通河以南第四系为腐植图 2 门源盆地 CSAMT 反演断面图的解释Figure 2 Mengyuan Basin CSAMT inversion section3 云雾山北坡侏罗系基底2010 年青海省鱼卡煤田云雾山北坡煤炭普查 工作物探部分采用可控源音频大地电磁测深法，基 本了解测区内的基底构造形态， 侏罗系赋存范围和 基底起伏情况。 为钻探的布设提供物探依据。 电法 4 线和 8 线后经钻探验证， 侏罗系基底深度和物探解 释的基本吻合。 下面把电法 4 线、8 线反演断面图、 解释情况以及钻探实际情况介绍如下。3.1 地质概况及物性特征工作区构造形态是以云雾山为核部的倾覆背斜 构造，西端翘起，东端倾伏。由于构造运动的影响，新 构造运动表现强烈，形成一系列的褶皱和断层。该区 出露的地层有奥陶系、泥盆系、侏罗系、古近系、新近 系、第四系。奥陶系、泥盆系电阻率大于 150m，侏罗系电阻率在 1530m， 古近系、 新近系电阻率在 1030m，第四系电阻率在 46690m。3.2 施工条件测区南边为云雾山，海拔为3 320m，靠近山前一 带沟谷交错， 坡陡难行。 测区北边为滩涧山， 海拔3200m。 测区位于两山之间的山间盆地之中。 南边有 奥陶系、泥盆系、侏罗系地层出露；北边广为第四系 覆盖，局部地带有新近系地层出露。3.3 施工方法施工方法采用可控源音频大地电磁测深法，供电偶极 AB=1 000m， 收发距 r=69km，测量电极距MN=100m，测深点距为 100m，发射频率选择 0.1258192HZ。 测线垂直于构造走向布设。 AB 供电偶极采取挖坑深埋并浇盐水，降低接地电阻，增大供电电流强度，提高信噪比。 MN 观测电极采用不极化电极。3.4 勘探效果4 线剖面位于测区西部，剖面长 3km，共布设了30 个电磁测深物理点。 南端 0 号点坐落在奥陶系灰 岩之上，在反演剖面图上呈红色高阻反映，从整条剖 面来看，南端侏罗系沉积较薄，基底较浅，向北基底 逐渐变深，到北端 24 号点基底又有所抬升（图 3）。和电法解释的侏罗系基底深度基本吻合（表 1）。从上表可以看出两者误差最大 21m，最小 10m， 说明物探解释的侏罗系基底深度符合实际地质情 况。8 线剖面位于测区中部，剖面长 3.5km，共布设 了 36 个电磁测深物理点。 南端 0 号点在老地层之 上，反演断面呈红色高阻。 从整条剖面来看，南端基 底较浅，向北基底逐渐变深（图 4）。该剖面上施工了三个钻孔，从钻探验证的情况来看该条剖面上后来施工了 4 个钻孔，钻探基底深图 3 DF4 线 CSAMT 反演断面图的解释Figure 3 DF4 line CSAMT inversion section图 4 DF8 线 CSAMT 反演断面图的解释Figure 4 DF8 line CSAMT inversion section表 2 DF8 线电法解释基底深度与钻探成果对比表Table 2 Contrast between electric method interpreted basement depth and drilling result on DF8 line表 1 DF4 线电法解释基底深度与钻探成果对比表Table 1 Contrast between electric method interpreted basement depth and drilling result on DF4 line钻孔电法解释深度/m钻孔实际深度/m钻孔电法解释深度/m钻孔实际深度/mZk3-1Zk3-2Zk3-3350120380340102359Zk5-1Zk1Zk5-2200700700177680660中 国 煤炭 地 质第 23 卷50度和物探解释的侏罗系基底深度也基本吻合 （ 表2）。从上表可以看出两者误差最大 40m，最小 20m， 说明物探解释的侏罗系基底深度和钻探资料基本吻 合。4 结语据近几年在青海苏里、鱼卡煤田、云雾山北坡、鱼卡东部小红山、 乌兰柯赛等地区利用可控源音频大地电磁测深了解第四系厚度，冻土层深度、侏罗系基底深度， 控制构造形态等方面取得了较好的地质 效果，对钻探的布设起到重要的指导作用。参考文献：1 汤井田，何积善.可控源音频大地电磁测深法及其应用M. 长沙 ：中南大学出版社，2005.2 李金铭地电场与电法勘探M北京：地质出版社,20053 傅良魁电法勘探教程M北京：地质出版社,20054 朴化荣电磁测深法原理M北京：地质出版社,1990（上接第 31 页）3 水环境问题及防治对策3.1 水环境问题该地区水环境问题主要为季节性缺水问题。3.2.2 建设小型调蓄、引水工程由于该地区经济相对落后， 加上水资源条件不 允许建设较大规模的水利工程。 但该地区近年来需 水量又与日俱增， 因此建议建设小型的拦蓄及引水 工程，缓解该地区的用水压力，解决季节性水资源紧 缺和应急水源的问题，保障用水安全和生态安全。3.2.3 加强点源、面源污染的管理要加强对该地区重污染的工矿企业的监管 力 度， 控制工业废水的排放， 尽量减少对水环境的影 响； 牧区生活污水和放牧养殖所产生的污水较难集 中处理，要合理利用湿地、荒滩等合理处理污水，充 分利用环境自净能力， 尽可能减少面污染源对水体 水质的影响。参考文献：1 国家环境保护局.GB3838-2002 地表水环境质量标准S.北京：中 国环境科学出版社，2002.2 储雪丹.梅江水环境质量评价及污染控制方案研究J.广东水利水 电，2009.3 高海东.乌兰陶勒盖水源地地下水开采的植被生态风险研究J.中 国煤炭地质，2010，22(1)：41-45.4 张占贤.青海省天峻县木里镇水源地调查报告R.青海 西宁：青海 煤炭地质勘查院，2010.5 高 宗 军. 水环境评价概述J. 山东科技大学学报 （ 自 然 科 学 版 ），