音频大地电磁测深法在某矿区探水中的应用

王喜军，张清坡，李晓静，秦国强

(河南省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质队，河南 郑州450053)

近年来随着国家对矿产资源需求的快速增长，加大对矿产资源的开发，随之开采的安全状况堪忧，矿难事故不断，安全措施亟待加强。在此背景下，某矿业集团在铁矿的开采中，采用EH4音频大地电磁测深法对许昌铁矿武庄矿区进行水文物探勘查，查明其矿区内铁矿赋存层位地层的主要构造及含水性。

1 矿区地质及地球物理特征

1.1 矿区地质

该区属华北地层区豫西分区嵩箕小区。被新生界覆盖。据钻孔揭露，区内基底由太古宙登封岩群及元古界嵩山群构成;盖层由中元古界、古生界、中生界及新生界构成。太古宙登封岩群武庄岩组是该区铁矿的赋存层位。

工作区位于华北地台嵩箕台隆东南缘凹陷区边部之白沙—许昌复向斜草庙张背斜两翼。受多期次构造活动影响，褶皱及断裂构造较为发育。褶皱构造影响着含矿层位的产状及埋深;断裂构造对含矿地层连续性起破坏和局部的控制作用。

区域褶皱主要表现为轴向北西、局部近东西向的白沙—许昌复向斜。

区内断裂可分为早晚两期，早期发育与褶曲轴向大致平行的北西西向高角度正断层(许昌断层等)，晚期发育北西及北东向正断层(如大红寨断层、桂村断层、泉店断层、小宫断层、灵井断层等)。

1.2 地球物理特征

工作区上部均为第四系覆盖，主要由粉土、粉质粘土、粉砂及中砂等组成;下部以第三系微成岩粉质粘土及粉砂岩为主;深部地层以寒武系泥质条带灰岩和砂质泥岩及太古界斜长角闪片岩为主，夹黑云斜长变粒岩、角闪斜长变粒岩、铁闪片岩、混合岩及薄层磁铁矿。

根据频测测深曲线及相关资料统计的本区地层、岩性参数见表1:

表中地层电阻率具有从新至老逐渐增大的特征，寒武系和太古界地层为高阻层，其值可达数百欧米，新生界地层电阻率较低。岩石电阻率以灰岩、斜长角闪岩最高，其值可达近千欧米，其次为砂岩，而断层破碎带因为充水电阻率较低，与完整基岩层有一定的电阻率差异。

以上表明，各地层之间，以及断层破碎带与两侧地层之间存在着电性差异，为开展音频大地电磁法探测提供了电性前提条件。

表1

2 工作方法

在野外工作过程中及时对仪器的性能进行检查。为了减少野外作业噪声、附近磁场环境的影响，确保采集数据的准确性，由动态GPS精确确定主端线，手持GPS确定点位，使用地质罗盘确定方向，水平尺校准磁探头水平。共敷设EH4勘探线25条(图1)，点距50 m，线距100 m，布线方向114°。

3 成果及解释

3.1 成果资料

对野外采集的时间序列的数据进行预处理后，再现场进行FFT变换，获得电场和磁场虚实分量和相位数据，并现场进行一维BOSTIC反演。在一维反演的基础上，利用EH4系统二维成像软件进行快速自动二维电磁成像。为提高分辨率，二维成像的系数选为0.2，同时选择较小的像素，使反演数据得到加密，从而突出相对微弱低阻异常。

对反演得到的数据，在XY平面上进行网格化，在X轴和Y轴上，采用各项异性的方法进行半径搜索，从而满足电性各向异性的实际情况。并采用SUFER成图软件，生成各测线视电阻率等值线断面图。

根据二维电磁成像数据，取不同点等深度数据，生成不同深度等深度电阻率等值线图。

图1 测线布置示意

3.2 解释方法

(1)研究工区及附近区域地质资料、钻井资料、电性资料以及其它的地质信息，了解区域构造特征及不同地质层位的电性特征，划分主要电性层位，并同时选择电性标志层，本区选择新生界(不包含新生界砂岩，其视电阻率值较高)为低阻标志层。

(2)根据曲线类型变化以及电阻率变化情况等，对工区内地质构造、地层展布、断层发育特征进行定性分析，并结合连续反演结果，确定工区內各剖面的地电模型。

(3)根据地电模型反演，得到区内各剖面主要地层电性参数和顶面、底面埋深。从而编制各剖面地质电性综合剖面图。

(4)结合钻井资料和含水地层电性资料，分析本区地层电性特征，划分工区富水区域。

3.3 解释成果

在剖面上，定性资料主要有ρs等值线图、等深度ρs等值线断面图。

ρs等值线图反映的是剖面的电性结构，能够定性分析剖面的地质结构，而且根据视电阻率等值线的形态可大致确定地层纵向分层、横向展布情况，以及确定断裂的位置和产状等。

等深度ρs等值断面图反映的是同一深度的电性特征，可定性判断该深度的地质结构和地层富水性特征，大致确定断裂构造的走向及构造的阻水、透水性。

以15线剖面(图2)为例，根据探测资料，结合测区的地质条件、岩(矿)石物性参数和数据采集背景，推断各类异常以及各类异常空间分布特征。

3.3.1 断裂

大地电磁测深资料判断断裂的依据有:

(1)电性层系列有明显差异或电性层埋深有明显错动(在电阻率曲线上表现为极值点错动);

(2)因地层破碎充水，导致电阻率明显降低;

(3)视电阻率等值线剖面图的等值线扭曲带。

图2中F4断层处在图2的10号测点附近，从深度为200～250 m开始，其两侧的电阻率明显不同，而且断层位置有明显的电性界限，从其电性结构及电阻率分布趋势看，结合其它测线上异常点的位置，推断出F4断裂走向近南北，中部稍有弯曲，倾向东，倾角75°，为正断层。Ft4断层处在26号测点附近，从深度为220～280 m开始，走向北北东，倾向北西，倾角65°，为正断层。Ft5断层处在30号测点附近，从深度为300～330 m开始，走向北北东，倾向南东，倾角65°，为正断层。

在等深度ρs等值断面图上，尤其300 m深度上(图3)，对断裂的展布走向，有明显的显示。

图2 15线ρs等值断面图及推断地质剖面图

图3 等深度(－300 m)ρs等值线断面图

3.3.2 富水性区域划分

富水性区域划分依据:

(1)钻井资料:地层资料、水质资料;

(2)地质构造分布:构造破碎带充水;

(3)地层电性参数:含水松散类堆积层及充水破碎带，视电阻率值明显降低。

本区主要含水层为第四系松散土层潜水—微承压含水层、第三系松散土层承压含水层、寒武系灰岩岩溶承压含水层和太古界变质岩裂隙含水层。地下水水位为4米左右，矿化度较高，相应含水层视电阻率明显偏低，约为5～10Ω·m。在等深度ρs等值线断面图上有明显反映(图3)。主要分布在测区的西北部、东北部及西南部，划分了富水区域，并查明了含水层的性质。

结合ρs等值断面图新生界地板埋深界面，推断该富水区域为太古界裂隙水。

3.3.3 地层剖面推断

根据各条测线新生界深度剖面图结果，结合相关地质资料，本区基岩埋深从西北向东南逐渐加深，总体可把整个测区地层分为四层:

太古宇登封岩群(Ardn):斜长角闪片麻岩、浅粒岩、混合岩化条带状斜长角闪岩;

元古界嵩山群(Pt1sn):条带状磁铁石英岩、粗粒石英岩、中粒石英岩;

第三系(N):岩性由粉细砂岩、中粗砂岩，含砾中粗砂岩、泥质岩组成。

第四系(Q):岩性为巨厚松散类堆积层。

4 结论

本次矿区的音频大地电磁测深，查明了区内覆盖层的厚度，验证并推断了断层、断裂带岩脉等的产状和位置，推断了地质剖面，划分出不同深度地层的赋水情况，查明赋水区域的空间展布。同时，EH4音频大地电磁测深对矿区内的铁矿的电性反映比较明显，经与已知钻孔对比，岩性与钻孔数据相吻合，可为矿床开拓中的生产探矿提供指导性依据。

［1］郭全兴等.许继集团有限公司许昌铁矿竖井工程地质勘察报告［R］.河南省地矿局第二地质勘察院.2007.

［2］赵建粮等.河南龙成集团许昌矿业有限公司武庄矿区水文物探报告［R］.河南省郑州地质工程勘察院.2010.

［3］赵建粮，陈天振.MT法在开封凹陷地热资源调查中的应用［J］.物探与化探，2010，34(2).

［4］河南省许昌铁矿普查及武庄矿床详查地质报告［R］.河南省地矿局.1981.