音頻大地電磁測深法在某礦區(qū)探水中的應(yīng)用

王喜軍，張清坡，李曉靜，秦國強

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南 鄭州450053)

近年來隨著國家對礦產(chǎn)資源需求的快速增長，加大對礦產(chǎn)資源的開發(fā)，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(yè)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(qū)進行水文物探勘查，查明其礦區(qū)內(nèi)鐵礦賦存層位地層的主要構(gòu)造及含水性。

1 礦區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

該區(qū)屬華北地層區(qū)豫西分區(qū)嵩箕小區(qū)。被新生界覆蓋。據(jù)鉆孔揭露，區(qū)內(nèi)基底由太古宙登封巖群及元古界嵩山群構(gòu)成;蓋層由中元古界、古生界、中生界及新生界構(gòu)成。太古宙登封巖群武莊巖組是該區(qū)鐵礦的賦存層位。

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

區(qū)域褶皺主要表現(xiàn)為軸向北西、局部近東西向的白沙—許昌復(fù)向斜。

區(qū)內(nèi)斷裂可分為早晚兩期，早期發(fā)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(fā)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(qū)上部均為第四系覆蓋，主要由粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂及中砂等組成;下部以第三系微成巖粉質(zhì)粘土及粉砂巖為主;深部地層以寒武系泥質(zhì)條帶灰?guī)r和砂質(zhì)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(jù)頻測測深曲線及相關(guān)資料統(tǒng)計的本區(qū)地層、巖性參數(shù)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(shù)百歐米，新生界地層電阻率較低。巖石電阻率以灰?guī)r、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(cè)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(yè)噪聲、附近磁場環(huán)境的影響，確保采集數(shù)據(jù)的準確性，由動態(tài)GPS精確確定主端線，手持GPS確定點位，使用地質(zhì)羅盤確定方向，水平尺校準磁探頭水平。共敷設(shè)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(shù)據(jù)進行預(yù)處理后，再現(xiàn)場進行FFT變換，獲得電場和磁場虛實分量和相位數(shù)據(jù)，并現(xiàn)場進行一維BOSTIC反演。在一維反演的基礎(chǔ)上，利用EH4系統(tǒng)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(shù)選為0.2，同時選擇較小的像素，使反演數(shù)據(jù)得到加密，從而突出相對微弱低阻異常。

對反演得到的數(shù)據(jù)，在XY平面上進行網(wǎng)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(jù)二維電磁成像數(shù)據(jù)，取不同點等深度數(shù)據(jù)，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(qū)及附近區(qū)域地質(zhì)資料、鉆井資料、電性資料以及其它的地質(zhì)信息，了解區(qū)域構(gòu)造特征及不同地質(zhì)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(qū)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(jù)曲線類型變化以及電阻率變化情況等，對工區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地層展布、斷層發(fā)育特征進行定性分析，并結(jié)合連續(xù)反演結(jié)果，確定工區(qū)內(nèi)各剖面的地電模型。

(3)根據(jù)地電模型反演，得到區(qū)內(nèi)各剖面主要地層電性參數(shù)和頂面、底面埋深。從而編制各剖面地質(zhì)電性綜合剖面圖。

(4)結(jié)合鉆井資料和含水地層電性資料，分析本區(qū)地層電性特征，劃分工區(qū)富水區(qū)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(jié)構(gòu)，能夠定性分析剖面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而且根據(jù)視電阻率等值線的形態(tài)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(chǎn)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(zhì)結(jié)構(gòu)和地層富水性特征，大致確定斷裂構(gòu)造的走向及構(gòu)造的阻水、透水性。

以15線剖面(圖2)為例，根據(jù)探測資料，結(jié)合測區(qū)的地質(zhì)條件、巖(礦)石物性參數(shù)和數(shù)據(jù)采集背景，推斷各類異常以及各類異常空間分布特征。

3.3.1 斷裂

大地電磁測深資料判斷斷裂的依據(jù)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(xiàn)為極值點錯動);

(2)因地層破碎充水，導(dǎo)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(cè)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(jié)構(gòu)及電阻率分布趨勢看，結(jié)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(zhì)剖面圖

圖3 等深度(－300 m)ρs等值線斷面圖

3.3.2 富水性區(qū)域劃分

富水性區(qū)域劃分依據(jù):

(1)鉆井資料:地層資料、水質(zhì)資料;

(2)地質(zhì)構(gòu)造分布:構(gòu)造破碎帶充水;

(3)地層電性參數(shù):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(qū)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?guī)r巖溶承壓含水層和太古界變質(zhì)巖裂隙含水層。地下水水位為4米左右，礦化度較高，相應(yīng)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(qū)的西北部、東北部及西南部，劃分了富水區(qū)域，并查明了含水層的性質(zhì)。

結(jié)合ρs等值斷面圖新生界地板埋深界面，推斷該富水區(qū)域為太古界裂隙水。

3.3.3 地層剖面推斷

根據(jù)各條測線新生界深度剖面圖結(jié)果，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料，本區(qū)基巖埋深從西北向東南逐漸加深，總體可把整個測區(qū)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(zhì)巖組成。

第四系(Q):巖性為巨厚松散類堆積層。

4 結(jié)論

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

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

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

［3］趙建糧，陳天振.MT法在開封凹陷地?zé)豳Y源調(diào)查中的應(yīng)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(zhì)報告［R］.河南省地礦局.1981.