音頻大地電磁測深法在云南曲硐水資源勘查中的應(yīng)用

秦偉桃，張 明，劉 立

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊，廣東 廣州 510800）

水資源是被人類在生產(chǎn)和生活活動中廣泛利用的資源，不僅廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活，還用于發(fā)電、水運、水產(chǎn)、旅游和環(huán)境改造等，因此，合理開發(fā)利用水資源，發(fā)展旅游經(jīng)濟(jì)，可為地方帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。合理布置地質(zhì)調(diào)查和地球物理勘查工作，針對性的開展工作，可減少水資源勘查中的投資風(fēng)險，降低開發(fā)成本。

在水資源勘查中，應(yīng)根據(jù)工區(qū)特點選取適合有效的物探工作方法，其中音頻大地電磁測深法是以天然交變電磁場作為場源的一種電磁法，通過觀測天然的大地電磁場入射到地下后，經(jīng)地下介質(zhì)反射到地面而形成的特殊電磁場，從而研究地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其分布特征[2,3]。該方法屬于頻率域測深法，相較于傳統(tǒng)的直流電法，具有勘探深度大、分辨能力強和觀測效率高等特點，其是研究深部地質(zhì)構(gòu)造和尋找隱伏礦體的有效手段，在水勘查中有被廣泛地應(yīng)用。

1 方法原理

音頻大地電磁法觀測的基本參數(shù)是相互正交的電 場 分 量（Ex、Ey）和 磁 場 分 量（Hx、Hy），通 過ρ=0.2|E|2/|H|2·f可計算出相應(yīng)頻率對應(yīng)的該測點下隨頻率變化的視電阻率估計值，進(jìn)而達(dá)到測定地下各層電阻率的目的。式中：ρ是視電阻率（Ω·m）；f為頻率（Hz）；E是電場強度（Mv/km）；H是磁場強度（nT）。

在實踐中，不同頻率的大地電磁場水平分量的變化，反應(yīng)了不同深度范圍內(nèi)的視電阻率信息，因此，通過觀測不同頻率的電磁信號，可以獲得不同深度的電信息，并且結(jié)合已知的地質(zhì)情況，解釋地下地質(zhì)特征。

2 工作區(qū)概況

2.1 地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

（1）地層。工作區(qū)及鄰區(qū)出露地層主要有侏羅系、白堊統(tǒng)、第三系和第四系。侏羅系（J）主要出露壩注路組紫紅色泥巖夾粉和細(xì)砂巖，面裂隙率2.2%～4.8%，地下逕流模數(shù)1.14～2.92升/秒·平方公里，工作區(qū)內(nèi)賦存承壓自流水，為工作區(qū)主要含水層位。白堊系（K）地層出露較為完全，出露面積最廣，從上至下劃分為上統(tǒng)虎頭寺組（K2h），下統(tǒng)南新組（K1n）和景星組（K1j）。其中，虎頭寺組（K2h）為灰、灰棕色含長石石英砂巖，面裂隙率4%～5%，地下逕流模數(shù)1.26～2.53升/秒·平方公里，屬Cl-Na型水，礦化度最高可達(dá)253.94克/升。南新組（K1n）：紫紅色細(xì)-中粒砂巖夾泥巖和砂礫巖，面裂隙率5%-14%，地下逕流模數(shù)3.03～6.10升/秒·平方公里，工作區(qū)內(nèi)賦存裂隙承壓自流水，屬HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型水，礦化度小于0.1克/升。為工作區(qū)主要含水層位。景星組（K1j）分為上下兩段，上段（K1j2）為紫紅色泥巖夾砂巖，下段（K1j1）為灰白色、灰綠色砂巖與紫紅色泥巖不等厚互層，面裂隙率1.23%～5.00%，地下逕流模數(shù)1.02～2.98升/秒·平方公里，屬HCO3-Ca型水，礦化度小于0.3克/升。為工作區(qū)主要含水層位。

（2）構(gòu)造。工作區(qū)構(gòu)造以斷層為主，主要有：F1斷層：該斷層北西起卓潘巖體，南東進(jìn)入曲硐壩子，長約20公里。走向北西，傾向北東，傾角75°～85°，地表露頭明顯，破碎帶寬45m～65m，破碎帶中見硫磺，其角礫巖見水蝕現(xiàn)象，F(xiàn)2斷層：北東向，傾向120，傾角80°，斷層破碎帶寬20m～50m。局部見較強蝕變，在曲硐溫泉處與F1斷層相交。F3：走向南北向，傾向正東，傾角65°～80°，地表露頭明顯，破碎帶寬35m～55m，在曲硐溫泉處與F1斷層相交。

（3）巖漿巖。區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，工作區(qū)北部為堿性卓潘巖體，出露于永平弧形斷裂南西側(cè)，沿大卓潘背斜侵入于白堊系砂巖中，為一淺成堿性巖體。呈近東西向長形狀巖席產(chǎn)出，長約15km，寬5km，面積約40km2。巖體與圍巖的接觸面向南陡傾，傾角在45°～60°之間；南部較緩，東部由邊緣向中心傾斜，傾角60°～70°。巖體剝蝕不深，脈巖發(fā)育，尚保留較多圍巖俘虜體，內(nèi)部節(jié)理發(fā)育，并呈放射狀排列。目前發(fā)現(xiàn)的高嶺土礦及礦點均分布在該巖體邊緣的風(fēng)化帶中。

2.2 地球物理特征

工作區(qū)內(nèi)主要巖性為砂巖、礫巖及花崗巖，構(gòu)造以北西向及北東向的深大斷裂帶為主要的異常構(gòu)造帶。整體上看，砂巖巖的電阻率值變化較大，且深大斷裂的電阻率值表現(xiàn)為較低值，主要是構(gòu)造帶破碎含水導(dǎo)致電阻率值大幅度降低；礫巖的電阻率較低，主要原因是孔隙率大含水性較高。而圍巖相對于斷裂構(gòu)造帶處出現(xiàn)電阻率值不連續(xù)的特征。因此，可以用電阻率區(qū)分識別構(gòu)造，尋找隱伏的構(gòu)造帶及含水層。通過以上物性分析可知，工作區(qū)內(nèi)的巖性存在明顯的電阻率差異。構(gòu)造與圍巖之間，破碎巖石與未破碎巖石間，蝕變巖石與未蝕變巖石間，也存在較大的電性差異，而且脆性斷裂、韌性剪切帶、蝕變破碎帶的出現(xiàn)，均可導(dǎo)致構(gòu)造帶與周圍巖層(體)間出現(xiàn)明顯的電性差異，因此，電阻率法勘探對于該工區(qū)比較契合。而基于電阻率參數(shù)的物探方法中只有使用電磁法才能實現(xiàn)深部勘探，同時為了避免人工源帶入的附加效應(yīng)，此時使用AMT測量比較切合實際。

3 野外工作及數(shù)據(jù)處理

（1）野外工作。本次工作使用中國地質(zhì)科學(xué)院物化探研究所研發(fā)的DEM-V大功率多功能電磁法系統(tǒng)，采用標(biāo)量測量方式，測點點距為20m，磁探頭頻率范圍在1.95Hz～32KHz之間，接收電極為不極化電極。實際測量中，對于干擾大的測點，采用磁場遠(yuǎn)參考的方式觀測數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的真實有效。

圖1 云南曲硐地區(qū)音頻大地電磁測深測量實際材料圖

（2）數(shù)據(jù)處理。預(yù)處理：完成原始數(shù)據(jù)地采集后導(dǎo)出數(shù)據(jù)，用儀器相應(yīng)的電腦軟件查看時間域信號情況，隨后將時間域信號轉(zhuǎn)換成頻率域曲線（FFT變換），經(jīng)robust處理得到阻抗結(jié)果。曲線的圓滑：對曲線電阻率和阻抗相位連續(xù)性差的頻點，進(jìn)行編輯。根據(jù)干擾情況采取圓滑或剔除的方式，以保證高質(zhì)量的頻點數(shù)據(jù)。靜態(tài)校正：對存在靜態(tài)位移的曲線采用空間濾波等方式進(jìn)行靜態(tài)校正。

（3）反演解釋。對處理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行一維及二維反演，結(jié)合已知地質(zhì)資料，推斷解釋反演結(jié)果。

4 成果解釋應(yīng)用

（1）CL01號剖面綜合解釋推斷。CL01號剖面（圖2）103號測點附近出現(xiàn)中阻異常，且往深部延伸較深，結(jié)合地質(zhì)資料，該中阻異常與地質(zhì)查明的F5構(gòu)造帶出露位置吻合，推測此異常為F5構(gòu)造破碎帶破碎含水所致；117號測點出現(xiàn)中低阻異常，且往深部延伸較深，結(jié)合地質(zhì)資料，其他剖面綜合考慮，推測此異常與測區(qū)內(nèi)主要北西向主構(gòu)造F1有關(guān)，為破碎構(gòu)造含水所致；135～139號測點之間出現(xiàn)低阻異常，且在1400m標(biāo)高處較為明顯往深部則向兩側(cè)分開，結(jié)合地質(zhì)資料，此異常與F2構(gòu)造帶位置較為吻合，為破碎構(gòu)造含水所致。此外，在107～137號點-1350m～1500m標(biāo)高出現(xiàn)平緩狀低阻異常帶，結(jié)合地質(zhì)資料，推測該異常為地層界限和含水層所致。

圖2 CL01號線AMT反演斷面圖

（2）綜合地質(zhì)分析及揭露成果。分析上述結(jié)果認(rèn)為，本次測量的視電阻率異常分布特征能較好地反應(yīng)地下地質(zhì)體空間結(jié)構(gòu)特征，異常位置與構(gòu)造淺部出露位置吻合度較高，深部視電阻率異常顯示構(gòu)造深部延伸情況較好，而在107～137號點-1350m～1500m標(biāo)高出現(xiàn)的平緩狀低阻異常帶，可能為層間裂隙發(fā)育的儲水部位或斷裂破碎帶賦水的顯示。據(jù)此，在115號點布設(shè)鉆孔進(jìn)行揭露，查明該低阻異常的性質(zhì)特征。鉆孔結(jié)果顯示，在標(biāo)高1436m處見地下熱水，水溫48℃，流量0.95L/s。

5 結(jié)論

本文通過音頻大地電磁測深法在云南曲硐水資源勘查中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該方法通過視電阻率異常能夠較好的反應(yīng)構(gòu)造空間的展布形態(tài)，及地下有利的賦水構(gòu)造或巖層。因此，在水勘查中應(yīng)結(jié)合其它水文地質(zhì)資料等，對勘查區(qū)進(jìn)行綜合分析和研究。