瞬變電磁法在皖東某礦山周邊石英閃長(zhǎng)巖地區(qū)地下水勘查中的應(yīng)用研究

王康東

（安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031）

安徽省滁州市天長(zhǎng)市緊鄰南京六合區(qū)，勘查區(qū)處于天長(zhǎng)市冶山鎮(zhèn)某礦山周邊，該礦山是一座石灰?guī)r礦山，礦山周邊地區(qū)覆蓋層主要為粉質(zhì)粘土，厚度在30米左右，基巖為白堊系石英閃長(zhǎng)巖，屬于地下水資源匱乏區(qū)域[1]。因此，需要在收集該礦山及周邊水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上開展物探工作，在目標(biāo)區(qū)域選定一處最佳的取水位置。由于勘探要求深度在200米，瞬變電磁法之前在類似區(qū)域和深度取得了較好的勘探效果[2-6]，故本次采用瞬變電磁法在安徽省天長(zhǎng)地區(qū)開展地下水探測(cè)工作。

1 地質(zhì)與地球物理概況

1.1 地質(zhì)概況

該礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造單元屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)下?lián)P子臺(tái)凹北緣，地質(zhì)構(gòu)造主要為燕山期地殼運(yùn)動(dòng)以來生成的北東向隆起、凹陷和斷層，褶皺構(gòu)造微弱，規(guī)模小，多呈短軸背斜和向斜，大背斜主要為冶山復(fù)式背斜，其核部在鄭集和冶山之間，呈北東向斷續(xù)延伸，大部分隱伏地下，岀露長(zhǎng)度8km寬1km?？辈閰^(qū)的勘查區(qū)地層出露地層有：①第四系；②新近系中新統(tǒng)六合組砂巖；③新近系上新統(tǒng)方山組玄武巖；④震旦系燈影組白云質(zhì)灰?guī)r；⑤白堊系石英閃長(zhǎng)巖；⑥勘查區(qū)范圍（圖1）。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水可分為二層：上部為上層滯水，主要賦存于第①層填土，含水量不均，總體較?。坏冖趯臃圪|(zhì)粘土為相對(duì)隔水層，含水量微弱，下部為孔隙潛水及基巖裂隙水，孔隙潛水主要賦存于第④層粉質(zhì)粘土層（含粉細(xì)砂及風(fēng)化巖碎屑）、第⑧1全風(fēng)化石英閃長(zhǎng)巖中、基巖裂隙水主要賦存第⑧2強(qiáng)風(fēng)化石英閃長(zhǎng)巖中，水量較豐富，略具承壓性；

根據(jù)周邊巖土勘察資料，勘查期間觀察鉆孔混合穩(wěn)定水位埋深一般在0.50m～2.20m，穩(wěn)定水位標(biāo)高平均約21.50m～34.40m，地下水位隨地形略有起伏；

勘查期間區(qū)域水位變化幅度約1.0m～2.0m，水補(bǔ)給來源主要為河渠支流及大氣降水、生產(chǎn)及生活用水，地下水從地勢(shì)較高處向地勢(shì)較低的區(qū)域以地表徑流及滲透涇流的方式排泄。通過在該區(qū)域的DEM圖上，選取了一個(gè)匯水區(qū)域開展物探工作，確?；鶐r有裂隙的情況下，水源有充分保障（圖2）

圖2 冶山鎮(zhèn)地區(qū)的DEM圖

1.3 地球物理特征

根據(jù)收集的鉆孔資料，其上覆蓋的有粉質(zhì)粘土等，結(jié)合在鉆孔旁側(cè)的電測(cè)深試驗(yàn)結(jié)果分析認(rèn)為：本區(qū)地層電阻率范圍16Ω·m～20Ω·m，粉質(zhì)粘土范圍為16Ω·m～30Ω·m，完整的石英閃長(zhǎng)巖的電阻率在1500Ω·m以上，風(fēng)化的石英閃長(zhǎng)巖的電阻率在500Ω·m～1500Ω·m，如石英閃長(zhǎng)巖中含有裂隙水，則電阻率在100Ω·m～1000Ω·m。由此可見，不同的地層存在著明顯的電性差異，是該地區(qū)開展瞬變電磁法物探工作的地球物理前提。

2 工作方法及數(shù)據(jù)處理

2.1 儀器設(shè)備

本次瞬變電磁勘探采用的是由澳大利亞Monex Geosope研發(fā)制造的terraTEM瞬變電磁儀。采用了當(dāng)前最為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)芯片及觸摸屏顯示器，2016年最新推出的terraTEM24基于24 bit ADCs的terraTEM瞬變電磁系統(tǒng)。terraTEM24可選多通道配置，各通道相互獨(dú)立，可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過自動(dòng)增益功能，24位分辨率可擴(kuò)展到32位?？梢栽O(shè)置使用內(nèi)置發(fā)射機(jī)或外置發(fā)射機(jī)，擴(kuò)大了terraTEM24系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，提高工作效率。有利于野外施工靈活進(jìn)行；采樣道更加密集，有利于更加真實(shí)地反映地下地質(zhì)情況變化；具有更大的動(dòng)態(tài)范圍，有利于記錄較深部地質(zhì)信息。

2.2 剖面布設(shè)與參數(shù)選擇

在前期優(yōu)選的靶區(qū)范圍里，進(jìn)一步的選擇一個(gè)適合的位置。選擇了邊長(zhǎng)為150m×150m的單匝發(fā)射線圈，等效面積22500m2。接收線圈邊長(zhǎng)10m×10m，匝數(shù)為5匝，等效面積500m2，探測(cè)點(diǎn)間距10m。為了取得較好的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了密集觀測(cè)，探測(cè)點(diǎn)范圍在發(fā)射線框中間70m×70m范圍內(nèi)，共采集了64個(gè)點(diǎn)（圖3）。

本次施工，發(fā)射電流10A，采用發(fā)電機(jī)或者電池供電（電壓24V），采樣時(shí)窗40ms，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間通過GPS衛(wèi)星同步。

圖3 瞬變電磁工作布置圖

2.3 數(shù)據(jù)處理

本次瞬變電磁的資料處理經(jīng)過了以下幾個(gè)步驟：①干擾校正處理，對(duì)于受到干擾的數(shù)據(jù)要進(jìn)行校正，使其回歸應(yīng)有的變化規(guī)律。②反演處理，結(jié)合地質(zhì)資料，建立正演模型并對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)自動(dòng)反演，使反演模型響應(yīng)與觀測(cè)資料達(dá)到最佳擬合。③數(shù)據(jù)解釋，瞬變電磁法勘探資料的解釋遵循與其它電法相同的規(guī)律與程序，即結(jié)合已知的地質(zhì)、鉆探及水文等資料，從已知到未知，從點(diǎn)到線，從線到面，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由外而內(nèi)，由表及里的原則進(jìn)行分析推斷。

圖4 不同深度的電阻率平面圖

3 瞬變電磁法異常特征分析

利用1X1D反演軟件反演獲得了0-300m范圍的不同深度的電阻率大小，本文展示了50m、100m、150m、200m深度電阻率平面圖（圖4）。不同深度電阻率平面圖結(jié)果顯示，50m深度的地層電阻率平面圖顯示勘查區(qū)南側(cè)的的要低一些，說明南邊的含水性要好一點(diǎn)。而100m、150m和200m深的電阻率平面圖顯示勘查區(qū)南部和北側(cè)深部電阻率較低，尤其是南邊有較明顯的電阻率異常，推測(cè)由于富水裂隙導(dǎo)致。

圖5 A-A’和B-B’電阻率剖面圖

而經(jīng)過該異常的A-A’剖面圖和B-B’剖面圖也揭示在該異常附近電阻率最低（圖5），最后推薦在勘查區(qū)A-A’剖面和B-B’剖面交匯的位置下鉆。鉆探結(jié)果顯示覆蓋層厚度26m，其中8-26m為巨厚的粗砂層，下伏地層為石英閃長(zhǎng)巖，基巖裂隙水較發(fā)育。該鉆孔終孔深度200m，抽水試驗(yàn)水量穩(wěn)定在20m3/h左右，預(yù)估日出水量在500噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足每天100噸水的勘查要求。

4 結(jié)論

本次勘探在詳細(xì)的水文地質(zhì)資料和遙感工作基礎(chǔ)之上，有針對(duì)性的選擇物探的方法和勘探的區(qū)域后，選用瞬變電磁法成功的在分水嶺地區(qū)尋找到深部基巖裂隙水。實(shí)踐證明上述尋找地下水的思路和方法是比較正確有效的，可為在類似地區(qū)基巖裂隙水的勘查提供參考。