劉偉 靳立杰 閻海青 趙誠亮 周永剛 張存艷 梁云漢 于春楠

收稿日期：20231021；修訂日期：20231202；編輯：王敏

基金項(xiàng)目：山東省地質(zhì)勘查項(xiàng)目《山東省1∶5萬大汶口、樓德幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查》（SDZS-2015-GTT01）

作者簡介：劉偉（1989—），男，山東慶云人，高級工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)勘查工作；Email：534681467@qq.com

*通訊作者：靳立杰（1987—），男，河北寧晉人，高級工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)勘查工作；Email：jinlijie1987@163.com

摘要：根據(jù)已有地質(zhì)和地球物理研究結(jié)果，大汶口、樓德地區(qū)存在多條隱伏斷裂。為了查明該區(qū)基巖面的起伏情況、斷裂的空間展布情況，在研究區(qū)完成了10條可控源音頻大地電磁測深剖面。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料對研究區(qū)域進(jìn)行了綜合地質(zhì)解釋，結(jié)果表明：可控源音頻大地電磁法可以反映不同深度電阻率分布情況，能夠較好地描繪出測線通過地段地層和地質(zhì)構(gòu)造空間分布情況；并揭示了蒙山斷裂、順義莊斷裂等隱伏斷裂的構(gòu)造位置、性質(zhì)、產(chǎn)狀等，與已有的區(qū)域地質(zhì)資料給出的信息基本一致，為地質(zhì)分析工作提供了可靠的基礎(chǔ)資料；CSAMT法已經(jīng)成為探測隱伏斷裂的一種重要的地球物理手段，在淺覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中有著廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：CSAMT；覆蓋區(qū)；區(qū)域地質(zhì)調(diào)查；隱伏斷裂

中圖分類號(hào)：P631??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.05.009

引文格式：劉偉，靳立杰，閻海青，等.可控源音頻大地電磁法在淺覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用——以1∶5萬大汶口、樓德幅為例［J］.山東國土資源，2024，40（5）：5964.LIU Wei，JIN Lijie，YAN Haiqing， et al.? Application of Controlled Source Audio Magnetotelluric Sounding in Regional Geological Survey of Shallow Covering Area——Setting Dawenkou and Loude Sheets with the Scale of 1∶50000 as an Example［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（5）：5964.

0? 引言

不同比例尺的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查是一項(xiàng)重要的國土資源國情調(diào)查工作，其調(diào)查成果是國土資源規(guī)劃、管理、保護(hù)和合理利用工作所依據(jù)的基礎(chǔ)資料，其工作質(zhì)量很大程度上受到地質(zhì)條件的制約。在基巖裸露區(qū)進(jìn)行路線地質(zhì)調(diào)查更易獲得豐富的地質(zhì)信息，地質(zhì)填圖的質(zhì)量和精度比較高，然而，在第四紀(jì)沉積物覆蓋區(qū)，隱伏的巖石、地層、構(gòu)造以及其他地質(zhì)體的基本特征等信息無法直接觀察研究，利用零星露頭獲取的信息量少，填圖效果難以達(dá)到預(yù)期的要求。若通過槽探工程進(jìn)行深部揭露，不僅大大增加經(jīng)濟(jì)成本與工期成本，也不利于自然環(huán)境的保護(hù)。因此，充分利用地球物理電磁法探測技術(shù)方法的優(yōu)勢，提取有用的地質(zhì)信息，是提高覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查質(zhì)量和效率的有效途徑［1］。

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）作為電磁方法中的一種，具有工作效率高、抗干擾能力強(qiáng)、勘探深度大、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)［27］，目前，廣泛應(yīng)用于石油、地?zé)?、金屬礦產(chǎn)的勘探以及水文、工程、采空區(qū)勘探等各個(gè)領(lǐng)域［818］，并在隱伏斷裂探測的應(yīng)用中取得了較好的效果［1921］。本文以1∶5萬大汶口、樓德幅為例，介紹了可控源音頻大地電磁法在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用。大汶口、樓德地區(qū)位于魯西中新生代斷陷盆地汶東凹陷內(nèi)，分布多條隱伏斷裂。區(qū)內(nèi)第四紀(jì)覆蓋嚴(yán)重，且厚度均＜50m，為典型的淺覆蓋區(qū)。鑒于以上情況以及CSAMT法的優(yōu)點(diǎn)，本次工作采用CSAMT法在區(qū)內(nèi)進(jìn)行隱伏斷裂的探測。通過對CSAMT視電阻率反演斷面圖的分析，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行綜合地質(zhì)解釋，結(jié)果顯示出了基巖面起伏情況、主要斷裂的構(gòu)造位置，斷層的傾向、斷距及發(fā)育規(guī)模，為區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作提供了可靠的基礎(chǔ)資料。

1? 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北板塊（Ⅰ）魯西隆起區(qū)（Ⅱ）魯中隆起（Ⅲ）內(nèi)，包括2個(gè)Ⅳ級構(gòu)造單元（蒙山蒙陰斷隆和新甫山萊蕪斷隆）和4個(gè)Ⅴ級構(gòu)造單元（布山凸起、汶東凹陷、汶口凹陷和蒙山凸起）［22］。區(qū)內(nèi)南北兩側(cè)分別為蒙山凸起和新甫山凸起，中部為汶東凹陷和汶口凹陷，形成了“兩凸夾一凹”的構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以脆性斷裂為主，發(fā)育有NW向斷裂、NE向斷裂及EW向斷裂，且多為隱伏斷裂，常構(gòu)成斷塊的邊界，控制了區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造面貌。區(qū)內(nèi)NE向斷裂有磁窯斷裂、順義莊斷裂，其中順義莊斷裂走向多在25°～40°之間，在區(qū)內(nèi)南部該斷層將月門溝群地層錯(cuò)斷，向北至良莊鎮(zhèn)均為蓋層覆蓋。近EW向斷裂主要為徂徠山斷裂和后泗溝澗斷裂；NW向斷裂為蒙山斷裂，在區(qū)內(nèi)均被第四系覆蓋，該斷裂總體走向310°～320°，傾向SW，傾角60°～70°，斷層性質(zhì)為正斷層；該段裂在區(qū)內(nèi)延伸約25 km，向南延伸至區(qū)外（圖1）。

研究區(qū)內(nèi)地層主要分布于南部及東部，中部汶東凹陷內(nèi)松散沉積物覆蓋嚴(yán)重。出露地層自下而上為古生代寒武紀(jì)長清群、寒武奧陶紀(jì)九龍群、奧陶紀(jì)馬家溝群、石炭二疊紀(jì)月門溝群、新生代古近紀(jì)官莊群及第四系。研究區(qū)侵入巖比較發(fā)育，主要出露于研究區(qū)的東南部和北部，其他地區(qū)零星出露，以新太古代中酸性侵入巖為主，另有少量中生代侵入巖脈，構(gòu)成一系列呈NW—SE方向展布的山系（圖1）。

2? 地球物理特征

通過對各地層巖性的統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)內(nèi)沉積巖與侵入巖、侵入巖與構(gòu)造破碎帶之間存在較為明顯的電性差異（表1）。沉積巖地層中巖性電性差異受地層年代及巖性影響，除新生代地層電性差異較小，難以區(qū)分之外，其他地層之間電性差異較為明顯，能夠通過電性特征對比進(jìn)行區(qū)分。由于CSAMT法是利用巖石間的電性差異來達(dá)到勘探的目的，因此，研究區(qū)具備采用CSAMT法進(jìn)行地球物理勘探的前提。

表1? 研究區(qū)地層巖石電阻率統(tǒng)計(jì)表地層主要巖性電阻率常見值/（Ω·m）第四系礫石、細(xì)砂及砂質(zhì)黏土10～50古近紀(jì)官莊群泥巖、頁巖、油頁巖、石膏巖等20～50石炭二疊紀(jì)月門溝群泥巖、頁巖、煤層、粉砂巖等30～100奧陶紀(jì)馬家溝群、九龍群白云巖、灰?guī)r、細(xì)砂巖等100～500寒武紀(jì)九龍群、長清群白云巖、灰?guī)r、頁巖、石英砂巖等100～2000構(gòu)造破碎帶構(gòu)造角礫、細(xì)砂等50～200侵入巖（泰山、嶧山序列）細(xì)粒含黑云石英閃長質(zhì)片麻巖、石英閃長巖102～105

3? 數(shù)據(jù)采集與處理

3.1? 數(shù)據(jù)采集

在研究區(qū)內(nèi)開展可控源音頻大地電磁測深工作，垂直斷裂走向共布設(shè)10條剖面，測線編號(hào)分別為CSAMT1～CSAMT10，其中CSAMT7測線位于樓德幅西城前村南，汶東凹陷的東南部，全長1 km；CSAMT9剖面位于華豐鎮(zhèn)故城村與梁父村之間，汶東凹陷的南部邊緣，全長1 km（圖1）。

儀器采用美國Zonge公司GDP32多功能電法儀。測量裝置采用赤道偶極裝置，供電極距AB為1 200～1 600 m，測量極距MN及點(diǎn)距均為50m，收發(fā)距7～10 km，觀測頻率范圍0.125～8 192 Hz。野外數(shù)據(jù)采集中保證測量精度以獲得可靠的信息。CSAMT法裝置如圖2所示。

3.2? 數(shù)據(jù)處理

CSAMT數(shù)據(jù)處理采用Zonge公司提供的與GDP32多功能電法儀相配套的軟件包，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理、靜態(tài)位移校正，最后使用SCS2D軟件對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，生成反演電阻率斷面圖。

4? 資料分析與解譯

在大汶口、樓德地區(qū)完成了10條可控源音頻大地電磁測深剖面，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理和剖面反演，生成了電阻率剖面圖。以CSAMT7、CSAMT9測線為例分析如下（圖3、圖4）。

CSAMT7測線視電阻率反演斷面圖如圖3所示。按電阻率差異，從上至下呈現(xiàn)低阻-高阻分布趨勢。在橫向上，剖面的中上部為連續(xù)分布的低阻層，厚度約400～500 m不等，推測主要對應(yīng)古近紀(jì)官莊群大汶口組的泥巖、頁巖和第四紀(jì)松散沉積物，與區(qū)域上大汶口組地層厚度468.5～2 274 m基本一致。剖面的中下部在橫向上表現(xiàn)出明顯的中低阻-中高阻變化趨勢，其中測線西側(cè)點(diǎn)號(hào)1 050～1 250處，視電阻率呈現(xiàn)中低阻特征，推測對應(yīng)巖石為石炭二疊紀(jì)月門溝群的泥巖、粉砂巖等；點(diǎn)號(hào)1 250～1 950處視電阻率呈現(xiàn)中高阻特征，可能為奧陶紀(jì)馬家溝群白云巖、灰?guī)r層的電性反映。

在測線西部，點(diǎn)號(hào)1 250～1 350位置，深度500 m以下，東西兩側(cè)視電阻率等值線出現(xiàn)較大的差異，等值線出現(xiàn)明顯的“陡坎”狀，顯示處斷裂特征。在測線中部和東部，點(diǎn)號(hào)1 450～1 550和1 750～1 950位置，深度400 m～500 m以下，視電阻率等值線發(fā)生扭曲變形，等值線橫向上不連續(xù)呈“V”字形異常且視電阻率值呈現(xiàn)相對低阻，這是斷裂致使地層破碎的反映。根據(jù)上述物性資料，結(jié)合地表發(fā)現(xiàn)已查明的斷裂構(gòu)造等地質(zhì)資料，將測線最東側(cè)點(diǎn)號(hào)1 750～1 950位置解釋為蒙山斷裂，斷裂傾向SW，傾角較陡，總體呈NW走向，為正斷層。視電阻率剖面圖顯示，該斷裂切穿了奧陶紀(jì)馬家溝群地層，未明顯切穿古近紀(jì)官莊群大汶口組地層，故其時(shí)代應(yīng)在中奧陶世和古近紀(jì)之間。

CSAMT9視電阻率反演斷面圖如圖4所示。CSAMT9線地表覆蓋嚴(yán)重，偶見古近紀(jì)官莊群朱家溝組出露，區(qū)域上該地層在大汶口汶東凹陷內(nèi)厚度一般＞150 m。根據(jù)測線電阻率特征，認(rèn)為埋深0～180 m的低電阻特征是朱家溝組礫巖的電性反應(yīng)。在埋深180 m以下，視電阻率呈現(xiàn)中高阻特征，結(jié)合測線南部地層的實(shí)際展布特征，認(rèn)為180 m以下電性特征主要是月門溝群和馬家溝群地層的電性反應(yīng)。在測線東部，在點(diǎn)號(hào)1 700～1 850處，深度200 m以下，視電阻率等值線發(fā)生扭曲變形，等值線橫向上不連續(xù)呈“V”字形異常且視電阻率值呈現(xiàn)相對低阻，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷為順義莊斷裂反應(yīng)。在區(qū)內(nèi)南部，該斷裂將石炭二疊紀(jì)月門溝群錯(cuò)斷，表現(xiàn)出左行平移斷層性質(zhì)，斷裂傾向NW，傾角70°～80°。斷層兩側(cè)地層均為石炭二疊系月門溝群地層。視電阻率剖面圖顯示，該斷裂未明顯切穿古近紀(jì)官莊群朱家溝組地層，故其時(shí)代應(yīng)在早二疊世古近紀(jì)之間。

通過以上2條測線結(jié)果表明，可控源音頻大地電磁法可以反映不同深度電阻率分布情況，能夠較好地描繪出測線通過地段地質(zhì)體展布形態(tài)，推斷了區(qū)內(nèi)隱伏斷裂（蒙山斷裂、順義莊斷裂）的位置、產(chǎn)狀及性質(zhì)，與區(qū)域上地質(zhì)認(rèn)識(shí)基本一致，證明CSAMT法在淺覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中的應(yīng)用效果顯著。

5? 結(jié)論

（1）大汶口、樓德地區(qū)位于魯西中生代斷陷盆地汶東凹陷內(nèi)，第四系覆蓋嚴(yán)重，傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查方法難以獲得隱伏基巖地質(zhì)構(gòu)造特征，通過采用可控源音頻大地電磁法，揭示了區(qū)內(nèi)蒙山斷裂、順義莊斷裂等隱伏斷裂的位置、性質(zhì)及其空間展布特征，與已有的區(qū)域地質(zhì)資料給出的信息基本一致，CSAMT法在淺覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中取得了良好的應(yīng)用效果。

（2）可控源音頻大地電磁法是一種頻率域測深方法，可以獲得不同深度的電性分布結(jié)構(gòu)，反映測線涉及范圍內(nèi)不同地層的埋深。汶東凹陷東南部樓德鎮(zhèn)附近古近紀(jì)官莊群厚度約400～500 m，凹陷南部古近紀(jì)官莊群厚度約150～200 m，與區(qū)域地層厚度相一致。

（3）由于目前只做了基礎(chǔ)性的探測工作，需要通過鉆孔資料結(jié)合其他的探測手段進(jìn)一步分析斷裂性質(zhì)、地層地質(zhì)時(shí)代和巖性，最后對斷裂的活動(dòng)性進(jìn)行評價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

［1］? 林品榮，李建華，王珺璐.可控源音頻大地電磁測深法在覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用［C］//2016中國地球科學(xué)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（十四）——專題30：深部資源探測技術(shù)與礦集區(qū)立體探測、專題31：大型沉積盆地礦產(chǎn)資源綜合勘查.中國地球物理學(xué)會(huì);中國地質(zhì)學(xué)會(huì);中國地震學(xué)會(huì);中國力學(xué)學(xué)會(huì);中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)，2016：494497.

［2］? 朱劍，范永宏，徐偉，等.大功率激發(fā)極化法與可控源音頻大地電磁測深法在大際山地區(qū)鈾多金屬礦勘查中的應(yīng)用［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)，2022，39（3）：538545.

［3］? 吳燕清，王世成，丁園，等.氡氣及CSAMT聯(lián)合探測在內(nèi)蒙古五十家子盆地鈾礦勘查中的應(yīng)用研究［J］.物探與化探，2019，43（4）：726733.

［4］? 李帝銓，肖教育，張繼峰，等.WFEM與CSAMT在新元煤礦富水區(qū)探測效果對比［J］.物探與化探，2021，45（5）：13591366.

［5］? 焦智偉，張偉，劉波，等.CSAMT法在巴音戈壁盆地尚丹坳陷砂巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用［J］.礦產(chǎn)與地質(zhì)，2023，37（2）：317326.

［6］? 杜賢軍.CSAMT法在費(fèi)縣地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用［J］.山東國土資源，2017，33（10）：7377.

［7］? 杜賢軍，李海波，韓冬.可控源音頻大地電磁測深法在大傾斜煤層采空區(qū)勘查中的應(yīng)用［J］.山東國土資源，2023，39（5）：5458.

［8］? 楊震，周美霞.可控源音頻大地電磁法在個(gè)舊西區(qū)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測中的應(yīng)用［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2020，20（26）：1060510610.

［9］? 張凱，林年添，聶西坤，等.用于深部采空區(qū)探測的可控源音頻大地電磁法抗強(qiáng)干擾數(shù)據(jù)采集及處理策略［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2019，34（5）：21192127.

［10］? 白錦琳.可控源音頻大地電磁法在采空區(qū)探測中的應(yīng)用［J］.山東國土資源，2018，34（9）：8286.

［11］? 劉建利，魚鵬亮，袁攀，等.基于CSAMT反演的陜西略陽柳樹坪金鋅礦深部構(gòu)造特征研究［J］.陜西地質(zhì)，2022，40（2）：8793.

［12］? 王寧，李正，田光彩，等.物探方法在檢測采空區(qū)注漿充填效果中的應(yīng)用：以山東章丘某建設(shè)場地為例［J］.山東國土資源，2022，38（12）：4247.

［13］? 李英賓.可控源音頻大地電磁測量對騰格爾坳陷東北緣下白堊統(tǒng)賽漢組砂體的識(shí)別及其地質(zhì)意義［J］.物探與化探，2021，45（3）：616623.

［14］? 張沖，林年添，聶西坤，等.應(yīng)用多級低通濾波法增強(qiáng)深部采空區(qū)有效電性特征：以可控源音頻大地電磁法在濰日高速公路測區(qū)應(yīng)用為例［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（20）：6169.

［15］? 鐘蘇美，林昌洪，謝裕春.起伏地形下可控源音頻大地電磁三維數(shù)值模擬［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2018，32（2）：398405.

［16］? 王軍成，趙振國，高士銀，等.綜合物探方法在濱?？h月亮灣地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用［J］.物探與化探，2023，47（2）：321330.

［17］? 汪來，艾虎，焦智偉，等.基于重力與CSAMT法對覆蓋區(qū)鈾煤儲(chǔ)層的定位研究：以吐哈盆地東部黃田凸起為例［J］.地質(zhì)論評，2023，69（增刊1）：191192.

［18］? 陳鵬，邱崇濤，汪來，等.CSAMT方法在海拉爾盆地克魯倫凹陷下白堊統(tǒng)伊敏組砂體識(shí)別中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)論評，2023，69（增刊1）：345346.

［19］? 陳志偉.CSAMT法在莆田市斷裂活動(dòng)性調(diào)查與區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價(jià)中的應(yīng)用［J］.工程地球物理學(xué)報(bào)，2023，20（1）：2431.

［20］? 白新飛，張軍，王濤，等.土壤氡氣測量與CSAMT測量在銅冶店孫祖斷裂勘查中應(yīng)用［J］.山東國土資源，2021，37（11）：6066.

［21］? 姚晨輝，李鈺強(qiáng).渭河盆地北緣斷裂東段將軍山白水?dāng)嗔鸦顒?dòng)性研究［J］.地震工程學(xué)報(bào)，2023，45（1）：199208.

［22］? 張?jiān)銎?，張成基，王世進(jìn)，等.山東省地層侵入巖構(gòu)造單元?jiǎng)澐謱Ρ纫庖姡跩］.山東國土資源，2014，30（3）：123.

［23］? 劉偉，孫天河，楊帆，等.魯西汶東凹陷晚更新世以來孢粉記錄及環(huán)境意義［J］.山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2022，36（1）：1318.

Application of Controlled Source Audio Magnetotelluric Sounding in Regional Geological Survey of Shallow Covering Area——Setting Dawenkou and Loude Sheets with the Scale of 1∶50000 as an Example

LIU Wei1，2，JIN Lijie1，2，YAN Haiqing3，ZHAO Chengliang1，2，ZHOU Yonggang1，2，ZHANG Cunyan1，2，LIANG Yunhan1，2，YU Chunnan1，2

（1. No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources，Shandong Ji'nan 250014，China；2.Shandong Engineering Research Center for Exploration and Development Technology of Rich Iron Deposit，Shandong Ji'nan 250014，China；3. Shandong Testing Center of China Metallurgical Geology Bureau ， Shandong Ji'nan 250013，China）

Abstract：According to the results of geological and geophysical studies， there are several hidden faults in Dawenkou and Loude areas. In order to find out the raise and fall of bedrock and the spatial distribution of faults， 10 controlled source audio magnetotelluric sounding profiles have been completed in the study area. Combining with regional geological data， comprehensive geological interpretation of the study area has been carried out. It is showed that the controlled source audio magnetotelluric sounding method can reflect the resistivity distribution at different depths， and describe the spatial distribution of strata and geological structures in the section through which the survey line passes. The structural location， properties， and occurrence of hidden faults， such as the Mengshan fault and Shunyizhuang fault have been revealed， which are basically consistent with the information provided by existing regional geological data. It will provide reliable basic data for geological analysis work. The CSAMT method has become an important geophysical tool for detecting hidden faults and has broad application prospects in geological surveys in shallow coverage areas.

Key words：CSAMT; covering area; regional geological survey; hidden faults