可控源音频大地电磁测深法应用研究综述

崔中良，洪 托，崔东豪，郭钢阳，李俊璞

（1.昆明理工大学，云南 昆明 650093；2.河南省地质矿产勘查开发局 第三地质勘查院，河南 郑州 450000；3.煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450007）

可控源音频大地电磁测深法应用研究综述

崔中良1，洪 托1，崔东豪1，郭钢阳2，李俊璞3

（1.昆明理工大学，云南 昆明 650093；2.河南省地质矿产勘查开发局 第三地质勘查院，河南 郑州 450000；3.煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450007）

与常规物理勘探手段相比，可控源音频大地电磁法（CSAMT）具有勘探深度大、抗干扰能力强、工作效率高及分辨率高等特点，因此其被广泛应用于地下热水勘探、地质构造探测、隧道勘察， 以及金属矿产勘查等，并取得了良好的勘查效果。通过对可控源音频大地测深法在不同领域应用现状的综述并举例说明，笔者认为可控源音频大地测深法作为一种地球物理勘探手段，拥有着其他物探手段无法比拟的优点，在现阶段具有不可替代性。

可控源音频大地电磁测深法；隧道勘查；金属勘查

0 前 言

我国于1986年开始接触可控源音频大地电磁测深法（CSAMT），并先后在多地开展了 CSAMT法的研究和实验工作，工作内容包括工程物探、金属矿产勘探、地热田勘探等，最终都取得了令人满意的效果［1］。随着对CSAMT法的成功应用及理论研究的深入，CSAMT法在国内的应用亦越来越多。目前，地表浅层的地球物理勘探应用已取得了很大的突破，并且在被逐渐完善。但是随着深度的增加，地层及构造会变得更加复杂，并使得各种地球物理参数亦变化复杂化，加之深部信号的微弱，致使常规地球物理深部勘探的效果并不理想。可控源音频大地电磁测深法（CSAMT），因具有数据质量高、重复性好、勘探深度大、解释剖面横向分辨率高、人工信号强度大等特点，在地下深部勘探中发挥越来越重要的作用［2］。笔者就可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）在地热勘查、金属矿产勘查、隧道勘查及地质构造探测领域的应用依次阐述并举例说明其成果的可靠性。

1 CSAMT在地热勘查中的应用

地热能作为愈来愈受到社会重视和开发的清洁能源，已广泛应用于取暖、水产养殖、医疗及烘干谷物等领域。地热能作为一种新的绿色能源，因具有可直接利用且不受时间和四季变化制约的特点及洁净环保、易开采且费用低廉的优势而有着较高的开发利用价值。为提高工作效率、减少投资风险，开发地热资源前必须进行地热勘探，而物探便是地热勘探的重要手段之一［3］。随着地热勘探深度的增加，在过去占据主导地位的常规直流电法已难以实现对地下深部热水引起的电阻率异常进行观测，因而目前我们主要采用CSAMT来进行地热勘探，且在深部地热资源调查中取得了较好的地质效果。

现举一在镜泊湖玄武岩覆盖区深部应用CSAMT进行地热勘查的实例。图1为CSAMT勘查综合解释断面图［4］。测区位于元古代花岗岩带，地表主要出露第四系全新统玄武岩，局部覆盖二叠系花岗闪长岩和侏罗系二长花岗岩。岩性和电性依次为：第四系全新统玄武岩电阻率50 ～ 100 Ω·m，为 低 阻 层；新近系玄武岩电阻率100 ～ 250 Ω·m，为中低阻层；白垩系砂岩电阻率200 ～ 2 000 Ω·m，表现为整体高阻、裂隙充水后低阻；华力西期花岗岩及燕山期花岗岩电阻率均大于2 000 Ω·m，表现为高阻。据可控源音频大地电磁测深反演电阻率断面图，推测桩号38 ～ 48之间深部存在的垂向条带状低阻异常区为断层F1使得岩石破碎充水所致，且断层破碎带位置是最有利的热储部位。为验证推断成果的可靠性，依据物探成果并结合水文地质资料布设钻孔ZK01。孔深1 570 m处遇含热水破碎带，出水温度为27 ℃，出水量为220 m3/d ，与CSAMT的推断基本吻合。

2 CSAMT在金属矿产勘查中的应用

地球物理勘探方法众多，由于金属矿的导电（磁）性好，与围岩差异明显，用电磁法勘查金属矿床，地质效果显著。我国正处于快速工业化和经济腾飞的进程之中，强化第二深度空间（500～2 000 m）的找矿勘探，延长老矿山的生产寿命，深部找矿是摆在面前的一大历史重任［5］。而目前我国找矿面临的主要挑战是深部找矿。CSAMT法相对于MT法和AMT法具有勘探深度大、分辨能力强、抗干扰能力强及效率高等优点，因此已广泛应用于金属矿产勘查领域并取得了理想的地质效果。杨乃峰等曾采用可控源音频大地电磁法对翠宏山铁多金属矿（矿床类型为矽卡岩型矿床）普查区进行施测，推断出矿体范围、位置及埋深，后经钻孔验证，发现厚大矿体，使翠宏山铁多金属矿床规模上升为大型矿床［6］。胡学玲等曾通过在商丘东芒山一带应用可控源音频大地电磁法，推断出铁矿体深部富集区位置及埋深，而钻孔验证结果与前期推断基本吻合，说明可控源音频大地电磁法在地下深部寻找盲矿的应用具有有效性［7］。

图1 CSAMT勘查综合解释断面

下面介绍一个应用CSAMT勘查花岗岩型铀矿的实例，图2为物探剖面推断成果图［8］。测区内主要覆盖的地层为中新元古界青白口系艾勒格庙组变质岩系，局部出露第四系。岩性和电性依次为：石英片岩电阻率125 ～ 327 Ω·m；中粗粒黑云母花岗岩电阻率833 ～ 1 902 Ω·m；细粒花岗岩电阻率748 ～ 1 216 Ω·m；蚀变花岗岩电阻率120 ～ 478 Ω·m。

图2 物探剖面推断成果

从图2可看出反演电阻率总体上可分为标高820m以上的高阻电性层和标高 820m以下的低阻电性层，推测高阻电性层为花岗岩体而低阻电性层为石英片岩。断裂以团块状中低阻体变异带及电阻率等值线梯度密集带为特征，推测断裂F7、F12、F16、F17和F18分别通过175 m、725 m、1175 m、1400 m和1900 m处。为检测推断的可靠程度，布置了验证钻孔ZKC5、ZKC6。验证结果表明，钻探揭露的地质情况与CSAMT推断的成果基本一致。

3 CSAMT在隧道勘查中的应用

近些年来，可控源音频大地电磁法CSAMT迅速发展，已广泛应用于隧道勘察。利用 CSAMT可有效地判定地下构造的形态、岩层界限及地下水的赋存情况，因而可用于指导隧道后期的设计及施工，从而有效地避免水涌、塌方等地质灾害［9-10］。

隧道勘查实例：位于济南市党家庄镇附近的张夏隧道，地形复杂，地表为高阻层的灰岩，下覆基岩为砂岩低阻层，应用可控源音频大地电磁法对其进行了勘察。根据张夏隧道物探推断成果图（图3）［9］，并结合钻孔资料确定了岩性分布区域且推断出岩性分界线及断裂构造的位置，取得了较好的效果。

4 CSAMT在地质构造探测的应用

隐伏断裂是指在地表无显示或出露不明显而潜伏在地表以下的断裂，由于其破坏了地层的连续性，会造成了地下岩层在电阻率、密度及弹性性质等物理性质的不连续性变化，因此，在隐伏活动断裂探测中可以采用相应的地球物理方法，如电磁、地震方法等［11-14］，其中CSAMT以其勘探深度大、抗干扰能力强、工作效率高及分辨率高等优点被广泛应用于隐伏活动断裂的探测，且应用效果良好［15-16］。

图3 张夏隧道CSAMT推断成果

应用实例：测区位于相山火山盆地西部，盆地基底为以千枚岩和片岩岩性为主的青白口系变质岩，盆地盖层为以砂岩、流纹英安岩、凝灰岩和碎斑熔岩岩性为主的下白垩统火山岩系。岩性和电性依次为：变质岩电阻率392～55 779 Ω·m，算数平均值5791Ω·m；花岗斑岩电阻率570～255300 Ω·m，

算数平均值8 166 Ω·m；流纹英安岩电阻率198～399 784 Ω·m，算数平均值2 808 Ω·m；碎斑熔岩电阻率90～95 468Ω·m，算数平均值24 389 Ω·m。图4为邹家山地区物探推断成果图［17］。

图4 邹家山地区CSAMT推断成果

根据测区电阻率特征及该区的地质情况推测上部电阻率2 000 ～ 20 000 Ω·m的高阻层为下白垩统鹅湖岭组碎斑熔岩，中部电阻率0 ～ 1 000 Ω·m的低阻层为下白垩统打鼓顶组流纹英安岩，电阻率范围基本与上部高阻层一致的下部高阻层为相山火山盆地基底青白口系变质岩。上部低阻体呈不连续的块状分布且局部地区出现电阻率等值线错断与下凹的特征，推测出分别位于2 200、3 200、4 000 m处的3条断裂 F1、F2和F3。而钻孔ZK55-52及ZK57-54验证结果与CSAMT推测结果基本吻合，说明了CSAMT方法可有效的划分组间界面及对断裂的识别。

5 结 语

CSAMT作为一种地球物理勘探手段，克服了采用天然场源工作的电磁法弱信噪比的缺陷，拥有着其他物探手段无法比拟的优点：抗干扰能力强，可探测深度大，灵敏度高，工作效率高等，其正受到越来越广泛的关注和重视。目前，CSAMT已广泛应用地下热水勘探、地质构造探测、隧道勘察及金属矿产勘查领域。但是必须指出的是，任何一种技术手段的应用都有其前提条件。是否应用CSAMT进行勘查，需要充分考虑到研究区特点，考虑其是否具备显著的物性差异（电性差异），是否有必要应用CSAMT，是否还有更简便的手段等。在解译电阻率剖面时需充分结合已有的地质资料、钻孔资料及前人研究成果，争取得到“最优解”。

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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，硕士在读，研究方向：矿产普查与勘探，手机：18468068820，E-mail：18468068820@163.com.

洪托（1970-），男，博士，昆明理工大学硕士研究生导师，副教授，主要研究：矿业经济.