可控源音频大地电磁法应用于深井预查区煤炭勘查的效果分析

可控源音频大地电磁法应用于深井预查区煤炭勘查的效果分析

梁鹏

宁夏煤炭勘察工程公司宁夏银川750011

摘要：中卫深井侏罗世地层发育完全,是研究我国西北地区中侏罗世地层的重要地区之一。可控源音频大地电磁法应用于煤田勘查在宁夏尚属首次，其在本区的成功应用，为今后地面电法找煤、确定含煤范围提供了又一手段。

关键词：侏罗世地层；物性特征；可控源音频大地电磁法；

1勘查区地质概况

1.1地层

深井勘查区位于北祁连造山带东部，地层区划属华北地层大区秦祁昆地层区祁连－北秦岭地层分区之宁夏南部地层小区。预查区内大部被第四系地层覆盖，预查区外西北部山麓见少量泥盆系、石炭系、二叠系地层出露，预查区东北部有新近系地层出露。根据现有钻孔揭露的地层资料区内有寒武系、二叠系、侏罗系、新近系、第四系地层。

1.2构造

预查区位于北祁连加里东褶皱带东端，东邻鄂尔多斯西缘褶皱带。处于香山-米钵山弧形构造带的西部，以挤压、走滑断裂作用为主，奠定了本区现代构造地貌的基本轮廓。本区含煤范围总体趋势为一个走向近北西西的单斜构造，地层总体向北倾。

1.3含煤地层

本区含煤地层为延安组，延安组由浅灰白色砾岩、浅灰色粉砂岩、灰黑色-黑色泥岩及煤层组成的多韵律不等厚含煤地层，产植物化石，本区分上下两段，上段含煤，下段不含煤。本组地层厚度>966.8m，本区应该未见全，与下伏地层呈平行不整合接触关系。

延安组上段浅灰、灰黑色页岩、粉砂岩、灰黑色-黑色泥岩为主、夹灰白、浅灰、灰黄色粗-细粒砂岩，含一定规模可采煤层，厚度108.41～441.00m，平均293.24m。

延安组下段岩性为浅灰白色含砾粗砂岩、粗粒砂岩、砾岩、细粒砂岩、粉砂岩不等厚互层，夹有厚层浅灰黑色-灰色粉砂岩。厚度131.25～152.18，平均厚度141.72米。

1.4煤层

预查区含煤地层主要为侏罗系延安组(Jy)，据已施工的101、201、401、204钻孔资料，已揭露含煤地层平均厚度为293.24m。含煤层（煤线）16层，煤层平均总厚26.98m；其中编号煤层有3个煤组，分9层（1-1、1-2、1-3、1-4、2、3-1、3-2、4、5），可采煤层8层（1-1、1-2、1-3、1-4、2、3-1、3-2、5），可采煤层平均总厚24.17m。

2地球物理特征

2.1浅表层地质地球物理特征

本区大部分为新生界地层覆盖，仅在预查区的西北部局部有基岩露头。区内分布大片硒砂瓜田，地表多被厚度约15cm的鹅卵石、碎石掩盖；部分地表为黄土覆盖，属丘陵地貌；在预查区西南部，为盐碱地。预查区内地势东北向西南倾斜，海拔1619～1754m，平均海拔1600m左右，相对高差135m。

根据地震勘探和钻探成果，并结合现场踏勘，预查区浅层多被第四系黄土覆盖，厚黄土层中夹杂多段砾石层。新近系在横向上厚度变化较大，有巨厚层细沙层，电阻率较低，且赋存不稳定，对电磁波的吸收衰减作用强烈，横向上的多变给资料处理中的静态校正带来困难。

从水质化验结果分析，地下水矿化度一般在2500～3500mg/L，属于高矿化度地下水，会降低地层的电阻率，对观测结果会有一定影响（如预查区西南角的盐碱地呈现出第四系电阻率低阻特征）。

总体来看，本区地势平坦，生产车辆通行、仪器布设较方便；但是地表的鹅卵石、碎石盖层对不极化电极的布置带来一定的困难。

本区的主要电磁干扰源为区内的居民生活用电和10kV输电线路，对观测数据有一定影响，通过叠加观测次数等措施进行压制。

2.2地球物理特征

据岩石（层）的地球物理特征，不同的岩层具有不同的导电性。一般情况下，泥岩、粉砂岩、中粗砂岩、砾石层、煤层的电阻率值依次呈增高的趋势，而地层有层状分布特点，在致密完整的情况下，横向上导电性相对均一，纵向上视电阻率的变化规律基本一致。

预查区内钻孔揭露的基岩地层主要有侏罗系、二叠系、寒武系，且在揭露该地层的相应钻孔旁进行了直流电测深工作。

图2-3为101钻孔旁直流电测深实测曲线及反演结果，图中上部为实测曲线及反演拟合曲线，下部为反演模型。对该点的反演结果分析，获得各地层的电性特征为：第四系黄土覆盖层（盐碱地），视电阻率ρS=3.5Ω·m；新近系上部的细沙，视电阻率ρS=12.7Ω·m；新近系底部的砾石层，视电阻率ρS=37.4Ω·m；侏罗系上～中统的泥岩、砂岩和煤层，视电阻率ρS=15.2Ω·m；侏罗系下统的粗粒砂岩，视电阻率ρS=30.1～60Ω·m，可以看出各地层间的电性差异明显,钻孔揭露的基岩中各地层的电阻率从低到高的顺序为：第四系～新近系→侏罗系→三叠系→二叠系→寒w武系。

结合投入的两种方法的工作成果可以得出，各地层间的电性差异明显，投入的两种方法的原始数据和反演结果均能反映出地层的电性结构。尤其是新近系与下伏地层、寒武系与上覆地层的电性差异明显，可以作为本次地面电法勘探的电性标志层。说明采用进行地面电法勘探工作，能反映出各地层之间的电性差异，且对影响含煤地层分布范围的断层反映明显。

综合地质、地震、钻探和测井资料分析，新近系底部地层在沉积过程中存在不均匀性，在横向上电性变化较大，基岩地层在沉积过程中相对较稳定。通过钻孔旁进行CSAMT工作和在部分典型地区的VES法工作，掌握各地层的电性特征，推断解释未知区域的地电分布情况，从而达到解决地质任务的目的。

综上所述，本区基本具备了用电法进行煤炭预查的物性条件，电法勘探作为确定预查区含煤地层范围的手段之一是可行的。

3测网布设

本次工作测线垂直构造布设，同时尽量穿过钻孔，以能进行资料的对比分析；当测线通过断层时，测线长度足以反映断层两侧地层的电性情况，以控制断层的展布情况。具体部署见图5-1，因省界后期进行了变更，造成了勘查线的部署没有控制南部含煤边界。

4视电阻率等值线剖面的效果及地质解释

D1180线、D1200线所在位置经过钻探的验证且控制了构造的形态，本次具体以这两条典型勘查线断面为例阐述剖面的效果及地质解释。

4.1D1180线断面解释

D1180线位于勘查区中东部，测线于2650号点通过204钻孔，该测线与L1的交点分别为2650/D1180和6320/L1点。204钻孔揭露的地层为第四系、新近系和侏罗系，且钻孔下部的砾岩中的砾石的岩性和寒武系的变质岩有一定的相似性；测线北部基岩为二叠系。D1180线反演视电阻率等值线和地质解释剖面图。

综合图中的反演视电阻率等值线图和原始数据剖面图，将反演视电阻率等值线图在横向上分为三段，分界点分别为3250号点和3850号点。

3850号点以北的反演视电阻率等值线无明显规律，反演视电阻率ρS=40～70Ω·m，为二叠系；其南部的反演视电阻率具有一定的层状分布规律，反演视电阻率ρS=20～40Ω·m，和侏罗系反演视电阻率接近，推测为侏罗系。结合F1断层的平面展布特征分析，推测F1断层是引起3850号点两侧电性差异的原因。

3250号点以南的电阻率具有明显的层状分布规律，且对松散层和侏罗系地层的电性特征反映明显，推测3250号点两侧的电性差异亦推测为断层引起（F2）。

根据反演视电阻率等值线图，并结合已知地质资料，将F2断层以南的反演视电阻率等值线可以分为三层，其标高范围、反演视电阻率和地层分别为：

第一层标高范围为1280m以浅，反演视电阻率ρS<14Ω·m，为第四系和新近系；

第二层标高范围为860～1280m，反演视电阻率ρS=14～45Ω·m，和侏罗系的电阻率接近，推测为侏罗系；

第三层标高范围为860m以深，反演视电阻率ρS=50～90Ω·m，推测为寒武系。

根据以上分析，F1断层以北的基岩主要是二叠系；F1～F2断层之间的基岩的推测为侏罗系；F2断层以南的基岩主要为侏罗系和寒武系，二者为不整合接触关系。图5-2-9下部所示为地质解释剖面示意图。

4.2电法解释成果

根据地面电法资料结合地面填图地质资料，初步确定本区存在较大的断层2条，小断层或断点3个。

预查区北部有香山南麓正断层，构成预查区东北部边界；预查区中部的F1断层，为贯穿全预查区的主要构造，将预查区分割为两个大的单元，即北部断层下盘区，南部断层上盘区，在两盘上存在次一级的断层。见图5-1

5地质解释成果的可靠性

前期预查完成后，本区进一步进行了普查勘查，普查时实施了二维地震和地质钻探等综合性勘查方法，初步查明勘查区构造形态，初步查明可采煤层层位、厚度和主要可采煤层的分布范围，估算各可采煤层推断的和预测的资源量。

预查地面电法勘探工作解释的推测含煤地层范围还未经钻孔揭露，仅根据电性特征推测的，在普查时布设钻孔进行了验证，证实此处为无煤区。

预查地面电法勘探工作解释的含煤区与普查勘查所确定的含煤区基本重合，北部边界构造位置基本一致，只有含煤区内部小型构造没有解释，是因断距较小，地层物性变化不大，所以电性剖面上无法显示造成的。

由于局部地区松散层的厚度较大、电阻率较低低，对CSAMT法的观测结果有一定影响。

由于工作点距较大，且采用多个电道公用一个磁道的野外装置型式，对横向分辨率会有一定影响。

图5-1预查电法解释构造与普查地质构造对比平面图

由图5-1可见，预查地面电法勘探工作解释与普查二维地震和地质钻探成果资料对比分析，地面电法勘探对勘查区北部边界的控制较好，对含煤与非煤区的过渡疑似区也进行了圈定，普查证实是可靠的，因此，本次可控源音频大地电磁法应用于煤炭预查的勘查成果是可靠的，应用此种物探方法确定含煤范围在本区是成功的。

参考文献：

[1]顾其昌.宁夏回族自治区岩石地层[M].武汉：中国地质大学出版社，1996

[2]赵刚.宁夏回族自治区中卫市深井预测区煤炭预查报告，2013

[3]余永鹏.宁夏回族自治区中卫市深井预查区煤炭预查地面电法勘探报告，2013