音頻大地電磁測深法在某礦區探水中的應用

王喜軍，張清坡，李曉靜，秦國強

(河南省地質礦產勘查開發局第二水文地質工程地質隊，河南 鄭州450053)

近年來隨著國家對礦產資源需求的快速增長，加大對礦產資源的開發，隨之開采的安全狀況堪憂，礦難事故不斷，安全措施亟待加強。在此背景下，某礦業集團在鐵礦的開采中，采用EH4音頻大地電磁測深法對許昌鐵礦武莊礦區進行水文物探勘查，查明其礦區內鐵礦賦存層位地層的主要構造及含水性。

1 礦區地質及地球物理特征

1.1 礦區地質

該區屬華北地層區豫西分區嵩箕小區。被新生界覆蓋。據鉆孔揭露，區內基底由太古宙登封巖群及元古界嵩山群構成;蓋層由中元古界、古生界、中生界及新生界構成。太古宙登封巖群武莊巖組是該區鐵礦的賦存層位。

工作區位于華北地臺嵩箕臺隆東南緣凹陷區邊部之白沙—許昌復向斜草廟張背斜兩翼。受多期次構造活動影響，褶皺及斷裂構造較為發育。褶皺構造影響著含礦層位的產狀及埋深;斷裂構造對含礦地層連續性起破壞和局部的控制作用。

區域褶皺主要表現為軸向北西、局部近東西向的白沙—許昌復向斜。

區內斷裂可分為早晚兩期，早期發育與褶曲軸向大致平行的北西西向高角度正斷層(許昌斷層等)，晚期發育北西及北東向正斷層(如大紅寨斷層、桂村斷層、泉店斷層、小宮斷層、靈井斷層等)。

1.2 地球物理特征

工作區上部均為第四系覆蓋，主要由粉土、粉質粘土、粉砂及中砂等組成;下部以第三系微成巖粉質粘土及粉砂巖為主;深部地層以寒武系泥質條帶灰巖和砂質泥巖及太古界斜長角閃片巖為主，夾黑云斜長變粒巖、角閃斜長變粒巖、鐵閃片巖、混合巖及薄層磁鐵礦。

根據頻測測深曲線及相關資料統計的本區地層、巖性參數見表1:

表中地層電阻率具有從新至老逐漸增大的特征，寒武系和太古界地層為高阻層，其值可達數百歐米，新生界地層電阻率較低。巖石電阻率以灰巖、斜長角閃巖最高，其值可達近千歐米，其次為砂巖，而斷層破碎帶因為充水電阻率較低，與完整基巖層有一定的電阻率差異。

以上表明，各地層之間，以及斷層破碎帶與兩側地層之間存在著電性差異，為開展音頻大地電磁法探測提供了電性前提條件。

表1

2 工作方法

在野外工作過程中及時對儀器的性能進行檢查。為了減少野外作業噪聲、附近磁場環境的影響，確保采集數據的準確性，由動態GPS精確確定主端線，手持GPS確定點位，使用地質羅盤確定方向，水平尺校準磁探頭水平。共敷設EH4勘探線25條(圖1)，點距50 m，線距100 m，布線方向114°。

3 成果及解釋

3.1 成果資料

對野外采集的時間序列的數據進行預處理后，再現場進行FFT變換，獲得電場和磁場虛實分量和相位數據，并現場進行一維BOSTIC反演。在一維反演的基礎上，利用EH4系統二維成像軟件進行快速自動二維電磁成像。為提高分辨率，二維成像的系數選為0.2，同時選擇較小的像素，使反演數據得到加密，從而突出相對微弱低阻異常。

對反演得到的數據，在XY平面上進行網格化，在X軸和Y軸上，采用各項異性的方法進行半徑搜索，從而滿足電性各向異性的實際情況。并采用SUFER成圖軟件，生成各測線視電阻率等值線斷面圖。

根據二維電磁成像數據，取不同點等深度數據，生成不同深度等深度電阻率等值線圖。

圖1 測線布置示意

3.2 解釋方法

(1)研究工區及附近區域地質資料、鉆井資料、電性資料以及其它的地質信息，了解區域構造特征及不同地質層位的電性特征，劃分主要電性層位，并同時選擇電性標志層，本區選擇新生界(不包含新生界砂巖，其視電阻率值較高)為低阻標志層。

(2)根據曲線類型變化以及電阻率變化情況等，對工區內地質構造、地層展布、斷層發育特征進行定性分析，并結合連續反演結果，確定工區內各剖面的地電模型。

(3)根據地電模型反演，得到區內各剖面主要地層電性參數和頂面、底面埋深。從而編制各剖面地質電性綜合剖面圖。

(4)結合鉆井資料和含水地層電性資料，分析本區地層電性特征，劃分工區富水區域。

3.3 解釋成果

在剖面上，定性資料主要有ρs等值線圖、等深度ρs等值線斷面圖。

ρs等值線圖反映的是剖面的電性結構，能夠定性分析剖面的地質結構，而且根據視電阻率等值線的形態可大致確定地層縱向分層、橫向展布情況，以及確定斷裂的位置和產狀等。

等深度ρs等值斷面圖反映的是同一深度的電性特征，可定性判斷該深度的地質結構和地層富水性特征，大致確定斷裂構造的走向及構造的阻水、透水性。

以15線剖面(圖2)為例，根據探測資料，結合測區的地質條件、巖(礦)石物性參數和數據采集背景，推斷各類異常以及各類異?？臻g分布特征。

3.3.1 斷裂

大地電磁測深資料判斷斷裂的依據有:

(1)電性層系列有明顯差異或電性層埋深有明顯錯動(在電阻率曲線上表現為極值點錯動);

(2)因地層破碎充水，導致電阻率明顯降低;

(3)視電阻率等值線剖面圖的等值線扭曲帶。

圖2中F4斷層處在圖2的10號測點附近，從深度為200～250 m開始，其兩側的電阻率明顯不同，而且斷層位置有明顯的電性界限，從其電性結構及電阻率分布趨勢看，結合其它測線上異常點的位置，推斷出F4斷裂走向近南北，中部稍有彎曲，傾向東，傾角75°，為正斷層。Ft4斷層處在26號測點附近，從深度為220～280 m開始，走向北北東，傾向北西，傾角65°，為正斷層。Ft5斷層處在30號測點附近，從深度為300～330 m開始，走向北北東，傾向南東，傾角65°，為正斷層。

在等深度ρs等值斷面圖上，尤其300 m深度上(圖3)，對斷裂的展布走向，有明顯的顯示。

圖2 15線ρs等值斷面圖及推斷地質剖面圖

圖3 等深度(－300 m)ρs等值線斷面圖

3.3.2 富水性區域劃分

富水性區域劃分依據:

(1)鉆井資料:地層資料、水質資料;

(2)地質構造分布:構造破碎帶充水;

(3)地層電性參數:含水松散類堆積層及充水破碎帶，視電阻率值明顯降低。

本區主要含水層為第四系松散土層潛水—微承壓含水層、第三系松散土層承壓含水層、寒武系灰巖巖溶承壓含水層和太古界變質巖裂隙含水層。地下水水位為4米左右，礦化度較高，相應含水層視電阻率明顯偏低，約為5～10Ω·m。在等深度ρs等值線斷面圖上有明顯反映(圖3)。主要分布在測區的西北部、東北部及西南部，劃分了富水區域，并查明了含水層的性質。

結合ρs等值斷面圖新生界地板埋深界面，推斷該富水區域為太古界裂隙水。

3.3.3 地層剖面推斷

根據各條測線新生界深度剖面圖結果，結合相關地質資料，本區基巖埋深從西北向東南逐漸加深，總體可把整個測區地層分為四層:

太古宇登封巖群(Ardn):斜長角閃片麻巖、淺粒巖、混合巖化條帶狀斜長角閃巖;

元古界嵩山群(Pt1sn):條帶狀磁鐵石英巖、粗粒石英巖、中粒石英巖;

第三系(N):巖性由粉細砂巖、中粗砂巖，含礫中粗砂巖、泥質巖組成。

第四系(Q):巖性為巨厚松散類堆積層。

4 結論

本次礦區的音頻大地電磁測深，查明了區內覆蓋層的厚度，驗證并推斷了斷層、斷裂帶巖脈等的產狀和位置，推斷了地質剖面，劃分出不同深度地層的賦水情況，查明賦水區域的空間展布。同時，EH4音頻大地電磁測深對礦區內的鐵礦的電性反映比較明顯，經與已知鉆孔對比，巖性與鉆孔數據相吻合，可為礦床開拓中的生產探礦提供指導性依據。

［1］郭全興等.許繼集團有限公司許昌鐵礦豎井工程地質勘察報告［R］.河南省地礦局第二地質勘察院.2007.

［2］趙建糧等.河南龍成集團許昌礦業有限公司武莊礦區水文物探報告［R］.河南省鄭州地質工程勘察院.2010.

［3］趙建糧，陳天振.MT法在開封凹陷地熱資源調查中的應用［J］.物探與化探，2010，34(2).

［4］河南省許昌鐵礦普查及武莊礦床詳查地質報告［R］.河南省地礦局.1981.