EH4電磁法在安徽某礦區(qū)水文地質勘查中的應用

吳飛 陳海波

摘要：安徽某礦區(qū)開展-455m中段以上水文地質勘查研究工作中采用了EH4大地電磁測深勘查方法。生產應用中EH4體現(xiàn)出輕便靈活、場地適應性好、分辨率較高的特點。音頻大地電磁數(shù)據(jù)做了二維反演處理后與地質資料、鉆井資料對比吻合較好。在該電磁測數(shù)據(jù)驗證較好的基礎上，構建了工區(qū)主含水層發(fā)育規(guī)律、斷層破碎帶的空間分布狀態(tài)、可能存在的地下水的富集情況。為礦山制訂合理的防治水措施提供科學依據(jù)。

關鍵詞：水文地質勘察；EH4；含水層

1.前言

研究礦區(qū)的主含（充）水層次生石英巖孔洞較為發(fā)育，系礦床直接頂板，礦床充水的直接來源。為了保證該部分礦體能盡早投入開采作業(yè)必須弄清楚主含（充）水層次生石英巖孔洞裂隙的整體性、完整性及發(fā)育規(guī)律、斷層破碎帶的空間分布狀態(tài)、可能存在的隱伏地下水的富集情況等，所以開展-455m中段以上水文地質勘查研究工作。

地球物理方法作為水文地質調查必不可少的手段之一，被廣泛地用于尋找地下水，圈定構造及其走向和斷距，解釋基底埋深，劃分含水層的空間分布等方面。EH4是一種新的物探方法，在我國已成功運用在地礦、煤炭、水利、水電系統(tǒng)的找礦、找水等具體工程中[1-3]。

EH4大地電磁測深法是一種天然信號源和人工信號源相結合的物探方法，其工作頻率在10Hz～100kHz之間，探測深度可達到近1km[4]。探測深度滿足-455m中段以上的任務要求。

2.礦區(qū)主要含（隔）水層

磚橋組為礦床范圍內主要地層，礦體賦藏于此層之下。礦區(qū)范圍內以磚橋組次生石英巖類孔洞裂隙承壓水含水層巖層為主，是區(qū)內主要的含水巖層。礦體主要位于該次生石英巖類主要含水層以下。從上至下按巖石組合分別敘述其含（隔）水性。

2.1粗安巖類裂隙水

由輝石粗安巖、黑云母粗安巖、杏仁狀粗安巖及其下部少量的泥化粗安巖（高嶺土化、綠泥石化、水云母化、碳酸鹽化等）組成，厚度100m～300m，風化帶深度一般10m～90m。

2.2凝灰?guī)r類隔水層

位于粗安巖類微弱裂隙潛水層之下，由凝灰質粉砂巖、角礫凝灰?guī)r、蝕變凝灰?guī)r（黃鐵礦化、水云母化、高嶺石化）及蝕變后的水云母巖、高嶺石巖等組成。巖石大多為泥質成分，結構松軟而致密，裂隙不發(fā)育。在礦床范圍內有一定阻水作用。

2.3次生石英巖類孔洞裂隙承壓水

位于凝灰?guī)r類隔水層之下，是礦區(qū)的主要含水層。由次生石英巖、角礫狀黃鐵礦化次生石英巖、水云母化高嶺土化次生石英巖和少部分硅化凝灰?guī)r組成。它的分布范圍基本上與礦體分布范圍相一致，約略大于礦體范圍。其頂板標高-84.89m～-555.68m，平均標高為-266.40m；底板標高-196.26m～-574.49m，平均標高為-411.28m。厚度10.73m～393.15m，平均144.89m。

2.4礦體及其頂?shù)装宀缓畮r類

位于次生石英巖類主要含水層以下，包括鐵礦體及其頂?shù)装宓挠彩唷⒋紊r、高嶺石巖、硬石膏巖、膏輝巖、堿性長石巖等蝕變巖石。巖性一般堅硬致密或蝕變強烈、泥化程度較高的不含水體。礦體一般距含水層底板較遠，不受直接影響。但當?shù)V體直接與次生石英巖類含水層位相接觸后，或有斷裂溝通時除外。

3. EH4工作及成果分析

3.1測點布置

測點布置在水文勘探的重點區(qū)域，每隔50m布置一個點，形成50m×50m的物探網(wǎng)度（圖1），總計181點，測線設計時盡量與已有的地質勘探線重合。在資料解釋中將數(shù)據(jù)分組為3橫19縱的22條測線進行了二維反演，反演成果與礦區(qū)提供的地質勘探線、鉆井資料等對比解釋。

3.2數(shù)據(jù)處理

目前，國內許多使用EH4電磁勘探系統(tǒng)的用戶，對后期資料大都使用EH4系統(tǒng)自帶的基于博斯蒂克（BOSTIK）反演方法的IMAGEM軟件進行處理，并在此基礎上進行地質解釋。IMAGEM軟件具有計算速度快、操作簡潔、工作現(xiàn)場給出反演結果的優(yōu)點，其反演結果能直觀揭示地下的電性結構特征，不會因為局部測點數(shù)據(jù)不好影響整個反演結果[5]。BOSTIK反演是以低頻區(qū)視電阻率曲線尾支漸近線的特征為基礎，將視電阻率隨周期（頻率）變化的曲線轉化為電阻率隨深度變化的曲線，在簡單的水平層狀介質上，假設下半空間介質電阻率為無窮大和零兩種極限情況[6]。

3.3剖面成果

在本文中選擇NS07和WE02線進行介紹。選擇這兩條測線介紹的原因是NS07經(jīng)過鉆孔ZK09C，且有地質勘探剖面對比，成果剖面擬合較好；WE02線橫跨工區(qū)中部，是能夠代表工區(qū)地下情況的較長的一條剖面。

3.3.1 NS07線綜合解釋

NS07測線方位角170°，本條測線與09勘探線的北端部分基本重合。綜合分析了EH4電阻率二維反演剖面圖、09勘探線地質剖面、ZK09C測井資料（圖2）對該剖面進行了解釋。

ZK09C孔深442.0m，實測水位-53m以下至-300m。這個水位深度與電阻率剖面圖中低阻段位是一致的。

ZK09C電位電阻率測井曲線顯示250m～328.5m左右，電位電阻率呈低值異常反應，電阻率均值在55Ω？m左右，可能受地層水影響；328.5m～406m左右，電位電阻率值相對較大，電阻率值在40Ω？m～1843Ω？m左右變化，曲線波動幅度較大；406m～441m左右，曲線呈高值異常反應，電阻率最大值達2820Ω？m左右。

后將礦山提供的含水層頂、底板的界線添加到NS07測線的電阻率剖面圖中（藍色曲線勾畫），在圖2中能看到含水層與電阻率梯度界面擬合度非常高。在含水層中的低阻異常推斷為破碎含水導致的低阻異常；高阻部分推斷為巖性完整、含水性差，用黃色區(qū)塊表示；含水層中空白部分表示含水性一般。

結合09勘探線的地質資料，顯示在含水層下方就是礦體。礦體多由硬石膏、次生石英巖、高嶺石巖、硬石膏巖、膏輝巖、堿性長石巖等蝕變巖石組成，巖性一般堅硬致密或蝕變強烈、泥化程度較高的不含水體。這種巖性的電阻一般為高阻。該處礦體距含水層底板較近，受到含水層的直接影響，但含水層中破碎含水部分距離礦體主體部位較遠且無斷層連通，所以NS07測線的62～66號點下方的礦體不易出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。59號點下深-450m處為一處破碎含水且與含水層中的破碎含水部分有斷層連通，該位置是采礦甬道較易漏水的危險區(qū)。

3.3.2 WE02線綜合解釋

WE02測線方位角80°，該剖面接近整個工作的中間位置。綜合了EH4電阻率剖面圖、含水層、水文地質圖（圖3）對該剖面進行了解釋。

將該電阻率剖面圖覆上含水層的頂、底界線后能看到含水層與電阻率的分層擬合的較好。含水層界線與之前保持基本一致。結合電阻率剖面推斷本條測線06～33點段和71～ 118點段含水層的巖性完整、含水性差；42～62點段破碎嚴重、含水性好，且有向礦體延伸形成導水通道的趨勢，采礦活動盡量遠離該區(qū)域；127～175點段含水層內部破碎嚴重、含水性好，但不見向下導水通道，該段采礦活動需做好防水措施。

4.平面切面成果

測點基本均勻地分布在水文勘探的重點區(qū)域，匯總所有測點數(shù)據(jù)繪制了不同深度的電阻率水平切面成果（圖4）。本次繪制了工區(qū)高程為-50m、-100m、-150m、-200m、-250m、-300m、-350m、-400m、-450m、-500m、-550m十一個不同深度的水平切片圖。觀察各個切片后，選取-250m、-350m、-500m這三層切片進行破碎含水區(qū)域空間上的劃分。

圖中淺色區(qū)域為電阻率高值，表示著這片地層較為完整；深色區(qū)域為電阻率低值區(qū)域表示著這片地層較為破碎或含水地層。觀察各個層位破碎含水位置分布特征，能看到-350m這一含水層切片中破碎部位集中在工區(qū)中部，近似兩個南北向的條帶狀；向上在-250m切片中在工區(qū)中部出現(xiàn)一個北偏東走向的破碎含水部位，剛好覆蓋在-350m切片中破碎集中部位之上，推斷為含水層中含水性較好的中部位置的補水通道；向下在-500m切片中主要破碎含水部位主要向南段和北端集中縮小，因為這兩塊破碎含水位于-350m切片中推斷的兩個條帶狀破碎含水帶下方，所以推斷為含水層中破碎含水向深部延伸、縮減的一個過程。

5.結論

5.1在生產應用中EH4大地電磁輕便靈活、場地適應性好、采集時間短，效率高。

5.2通過對比EH4成果、ZK09C水文孔資料和地質勘探剖面資料驗證了EH4數(shù)據(jù)分辨率高，能與實際情況相吻合。

5.3通過剖面和切面的解釋能夠達到勘查工區(qū)含水層發(fā)育規(guī)律、斷層破碎帶的空間分布狀態(tài)、可能存在的地下水的富集情況的任務目的。

參考文獻：

[1]劉康和，劉成懷，等； EH4電磁測深在煤層采空區(qū)勘察中的應用[J].工程勘察， 2012， 40（5）： 86-90.

[2]靳月文.煤礦采空區(qū)EH4電磁法勘查試驗[J].工程地球物理學報， 2015， 12（5）： 650-654.

[3]楊青峰，劉彥華，蔣玉坤，等；綜合地球物理方法在坦桑尼亞某電廠水文地質勘察中的應用[J].工程地球物理學報， 2016， 13（5）： 659-665.

[4]劉樂壽，劉任，王天生，等；大地電磁測深資料處理與解釋[M].北京：石油工業(yè)出版社， 1989. [5]張凱飛. EH4數(shù)據(jù)在IMAGEM與WINGLINK下反演處理的對比[J].物探與化探， 2013， 37（6）： 1146-1151.

[5]郭建強，武毅，邵汝君，等； EH4電導率成像系統(tǒng)簡介及應用[J].物探與化探， 1998， 22（6）.