綜合物探方法在礦區水文地質勘查中的應用

馬 健，屈利軍

（1.安徽省地質礦產勘查局313地質隊，安徽 六安 237000；2.湖南省地球物理地球化學勘查院，湖南 長沙 410000）

物探方法在礦山水文地質資源勘查中應用廣泛且效果顯著，包括電阻率法、激發極化發、核磁共振法、電磁測深法、反射波法等多種方法。針對不同地區的水文地質特點，選用何種物探方法能達到最佳的勘探效果是一個值得深入研究的課題，靈活組合應用不同物探方法能有效降低單一方法的多解性，提高解釋準確性。

衡陽南岳地區地處衡山大斷裂活動區，屬花崗巖丘陵地貌，當地已發現多處地下水出露。已有資料及地質條件均表明，該地區水文資源開發的潛力較大。礦區內以往水文地質研究工作程度較低，僅做過小比例尺的區調工作。為研究區內地下水的形成條件、分布、埋藏深度，查明區內地層、構造、巖漿巖及主控構造、埋藏條件間的關系等，結合當地水文地質條件，決定投入聯合剖面、可控源音頻大地電磁測深等綜合物探手段，在充分研究區內物探、地質、水文和鉆孔成果資料的基礎上，對礦區的水文地質資源潛力做出科學評價，為當地的水文資源開發利用、經濟發展提供有力的科學依據和技術支撐。

1 工區概況

工區出露地層僅有第四系（Q）及冷家溪群雷神廟組（Ptln2）。

斷裂構造主要為F21斷裂（衡山大斷裂）和隱伏斷層F1，其中F21走向北東，延伸長大于30km，傾向北西，傾角45°～50°，破碎帶寬約30m，為區內區域性斷裂。該斷裂北東側切穿石炭系、泥盆系灰巖構成導水通道，使北東方向補給來的地下水匯集于斷裂帶內，斷裂帶南西端末見有泉水出露。F1位于勘查區北部，系一條隱伏斷裂，其貫穿勘查區東西，區內延長約5km，平面走向特征為北東東向，斷層傾向北～北西，傾角約45°，斷裂經過處多被農田及被第四系殘坡積層所覆蓋，未見基巖露頭。

出露的巖漿巖主要為南岳巖體，巖性為角閃石黑云母花崗閃長巖、角閃石黑云母二長花崗巖、黑云母二長花崗巖、二云母二長花崗巖。巖體呈巖基狀侵入，屬燕山早期第一次侵入巖。

區內地下水較豐富，其類型主要為松散巖類孔隙水、紅層孔隙裂隙水、基巖裂隙水（碎屑巖裂隙水、淺變質巖裂隙水和花崗巖風化裂隙水）及碳酸鹽巖裂隙溶洞水等四大類。

2 工作方法

本次工作以聯合剖面電阻率測量為基礎，以此測量成果初步圈定低阻正交點位置，大致確定斷裂（破碎帶）的平面位置，在斷裂（破碎帶）異常范圍內，投入一定量的可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）測量工作，對斷裂（破碎帶）的深部空間進行更深入的探測和研究，進而推斷地下地質空間的結構構造。

2.1 聯合剖面

以大致垂直斷裂構造走向方向，設計聯合剖面共9條（圖1），長度0.60km～1.20km不等，測點距20m。經現場對比試驗最終確定，供電極距AO為200m，MN為20m。儀器采用重慶地質儀器廠DZD-6A型多功能直流激電儀，延時觀測時間設置為20ms，采樣寬度為400ms，觀測次數1～3次。

圖1 區域地質及物探工程布置圖

2.2 可控源音頻大地電磁測深 （CSAMT）

針對聯合剖面工作發現的低阻異常帶，結合勘查區地質和水文地質資料，選擇異常較為典型、附近有關鍵地下出水點的5、7和9號剖面進行可控源音頻大地電磁測深工作。本次可控源音頻大地電磁測深使用美國ZONGE公司生產的多功能電法工作站系統，數據采集儀器為小型6通道GDP-32接收機。采用“一帶四”TM模式，即每次測量4個電道Ex和一個磁道Hy；測量點距為40m，測量極距為40m；測量頻率范圍1Hz～8192Hz，供電極距AB為1200 m，收發距約為10km。

3 成果解釋推斷

3.1 聯合剖面

9條聯合剖面視電阻率測量結果（圖2）表明，勘查區內燕山早期第一次傾入花崗巖整體上電性較為穩定，視電祖率大部分在511.11Ω·m～1487.5Ω·m范圍內浮動；而由洪沖層、殘積、坡積等強風化松散巖類組成的第四系覆蓋層，其視電阻率主要在253.35Ω·m～735.29Ω·m變化，整體表現為在橫向上連續低阻響應。

圖2 聯合剖面圖

在F21斷裂帶切過的2、3、5號剖面對應的148、164、142號測點捕捉到了低阻正交點，出現在斷裂帶左右兩側。雖然4號和9號剖面沒有發現正交點，但在斷裂帶穿過的134/4～140/4號測段、136/9～142/9和172/9～178/9測段其ρsa、ρsb曲線相對于整條剖面同時表現為“低谷”形態，反映地下淺-中部為低阻特征。

同時，6、7、8號剖面，分別在136、146和163號點發現視電阻率為678.06Ω·m、587.34Ω·m和415.79Ω·m的低阻正交異常。除6號剖面異常位于花崗巖地區外，其余兩點位于溝沖或山包腳下，3個異常點位置極為鄰近，沿剖面走向上相差60m～150m，平均線距約800m，推斷剖面上的低阻異常為隱伏斷裂F1所引起。巖石破碎、裂隙發育并富水，是引起連續低阻帶的主要原因。

3.2 可控源音頻大地電磁測深 （CSAMT）

從5號剖面綜合物探推斷解釋圖（圖3）中可以看出，從海拔-150m至-450m，整條剖面其視電阻率值在146號測點為最低值；從-450m～-550m，視電阻率最低極值偏向于158號測點；從-550m～-900m，低阻極值點又偏向小號（南東）方向，低阻帶呈“S”型，證明深部斷裂帶產狀變化較大，斷裂面帶扭狀特征。

圖3 5號剖面綜合物探推斷解釋圖

其次，在0～200m淺-中上部的溝谷洪積層，下伏中風化基巖其電阻率橫向連續，視電阻率整體上為低阻，變化幅值0～680Ω·m；低阻厚度從小號段的南東方向200m向大號段的北西方向變薄至50m，推斷在該剖面F21斷裂傾向南東，淺部傾角大致在45°左右，深部整體上變大，局部斷裂面不穩定特征。

F21斷裂帶在地表出露于150～158號測段，在138～158測段200m埋深范圍內為整條測深剖面反映最為強烈的低阻異常；異常極值為90Ω·m，深度150m，呈閉合囊狀，從158號測點向南東方向深部為長軸。由于勘查區內第四系覆蓋層最厚為39.08m，推斷該異常主要是局部地表水體和上層滯水向巖石碎裂，裂隙集中地段補給引起。

4 結論

根據綜合勘探成果以及已有地質資料，選定了5號剖面148號點附近，施工驗證鉆孔ZK501，在鉆孔中發現斷裂痕跡，斷裂（破碎）帶位置與測深低阻位置基本一致，并且鉆出地下水，水量約40m3/d。據鉆孔資料判定，F21為壓性斷裂，其膠結物多為泥質、硅質，裂隙及孔隙多被泥質充填，通道不暢，導水性及富水性弱。而隱伏斷層F1為壓扭性斷層，導水性及富水性總體較弱，但相對F21斷裂而言，其裂隙較發育，通道較順暢。降雨入滲后，經過深循環，吸收了巖漿熱及構造熱形成地下水，并在F1斷層控制下，導入區內，并沿F1斷層運移，在斷層及花崗巖風化裂隙發育地段溢流出地表。勘查成果基本查明了F21和F1的空間分布規模、形態、儲存形式，表明綜合物探方法在此類巖漿斷裂（裂隙）型地下水勘查中具有良好效果。