瞬變電磁法在皖東某礦山周邊石英閃長巖地區地下水勘查中的應用研究

王康東

（安徽省勘查技術院，安徽 合肥 230031）

安徽省滁州市天長市緊鄰南京六合區，勘查區處于天長市冶山鎮某礦山周邊，該礦山是一座石灰巖礦山，礦山周邊地區覆蓋層主要為粉質粘土，厚度在30米左右，基巖為白堊系石英閃長巖，屬于地下水資源匱乏區域[1]。因此，需要在收集該礦山及周邊水文地質資料的基礎上開展物探工作，在目標區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地區開展地下水探測工作。

1 地質與地球物理概況

1.1 地質概況

該礦區地質構造單元屬揚子準地臺下揚子臺凹北緣，地質構造主要為燕山期地殼運動以來生成的北東向隆起、凹陷和斷層，褶皺構造微弱，規模小，多呈短軸背斜和向斜，大背斜主要為冶山復式背斜，其核部在鄭集和冶山之間，呈北東向斷續延伸，大部分隱伏地下，岀露長度8km寬1km。勘查區的勘查區地層出露地層有：①第四系；②新近系中新統六合組砂巖；③新近系上新統方山組玄武巖；④震旦系燈影組白云質灰巖；⑤白堊系石英閃長巖；⑥勘查區范圍（圖1）。

圖1 區域地質簡圖

1.2 水文地質條件

場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，總體較小；第②層粉質粘土為相對隔水層，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層粉質粘土層（含粉細砂及風化巖碎屑）、第⑧1全風化石英閃長巖中、基巖裂隙水主要賦存第⑧2強風化石英閃長巖中，水量較豐富，略具承壓性；

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

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

圖2 冶山鎮地區的DEM圖

1.3 地球物理特征

根據收集的鉆孔資料，其上覆蓋的有粉質粘土等，結合在鉆孔旁側的電測深試驗結果分析認為：本區地層電阻率范圍16Ω·m～20Ω·m，粉質粘土范圍為16Ω·m～30Ω·m，完整的石英閃長巖的電阻率在1500Ω·m以上，風化的石英閃長巖的電阻率在500Ω·m～1500Ω·m，如石英閃長巖中含有裂隙水，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 工作方法及數據處理

2.1 儀器設備

本次瞬變電磁勘探采用的是由澳大利亞Monex Geosope研發制造的terraTEM瞬變電磁儀。采用了當前最為先進的計算機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。terraTEM24可選多通道配置，各通道相互獨立，可同時進行數據采集。通過自動增益功能，24位分辨率可擴展到32位。可以設置使用內置發射機或外置發射機，擴大了terraTEM24系統的應用范圍，提高工作效率。有利于野外施工靈活進行；采樣道更加密集，有利于更加真實地反映地下地質情況變化；具有更大的動態范圍，有利于記錄較深部地質信息。

2.2 剖面布設與參數選擇

在前期優選的靶區范圍里，進一步的選擇一個適合的位置。選擇了邊長為150m×150m的單匝發射線圈，等效面積22500m2。接收線圈邊長10m×10m，匝數為5匝，等效面積500m2，探測點間距10m。為了取得較好的觀測數據，對該區域進行了密集觀測，探測點范圍在發射線框中間70m×70m范圍內，共采集了64個點（圖3）。

本次施工，發射電流10A，采用發電機或者電池供電（電壓24V），采樣時窗40ms，發射機與接收機之間通過GPS衛星同步。

圖3 瞬變電磁工作布置圖

2.3 數據處理

本次瞬變電磁的資料處理經過了以下幾個步驟：①干擾校正處理，對于受到干擾的數據要進行校正，使其回歸應有的變化規律。②反演處理，結合地質資料，建立正演模型并對每個測點數據經過計算機自動反演，使反演模型響應與觀測資料達到最佳擬合。③數據解釋，瞬變電磁法勘探資料的解釋遵循與其它電法相同的規律與程序，即結合已知的地質、鉆探及水文等資料，從已知到未知，從點到線，從線到面，從簡單到復雜，由外而內，由表及里的原則進行分析推斷。

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果顯示，50m深度的地層電阻率平面圖顯示勘查區南側的的要低一些，說明南邊的含水性要好一點。而100m、150m和200m深的電阻率平面圖顯示勘查區南部和北側深部電阻率較低，尤其是南邊有較明顯的電阻率異常，推測由于富水裂隙導致。

圖5 A-A’和B-B’電阻率剖面圖

而經過該異常的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A-A’剖面和B-B’剖面交匯的位置下鉆。鉆探結果顯示覆蓋層厚度26m，其中8-26m為巨厚的粗砂層，下伏地層為石英閃長巖，基巖裂隙水較發育。該鉆孔終孔深度200m，抽水試驗水量穩定在20m3/h左右，預估日出水量在500噸左右，遠遠滿足每天100噸水的勘查要求。

4 結論

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