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        音頻大地電磁測深法在某礦區(qū)探水中的應(yīng)用

        2012-02-23 07:40:12王喜軍張清坡李曉靜秦國強
        地下水 2012年2期
        關(guān)鍵詞:深度

        王喜軍,張清坡,李曉靜,秦國強

        (河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊,河南 鄭州450053)

        近年來隨著國家對礦產(chǎn)資源需求的快速增長,加大對礦產(chǎn)資源的開發(fā),隨之開采的安全狀況堪憂,礦難事故不斷,安全措施亟待加強。在此背景下,某礦業(yè)集團在鐵礦的開采中,采用EH4音頻大地電磁測深法對許昌鐵礦武莊礦區(qū)進行水文物探勘查,查明其礦區(qū)內(nèi)鐵礦賦存層位地層的主要構(gòu)造及含水性。

        1 礦區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

        1.1 礦區(qū)地質(zhì)

        該區(qū)屬華北地層區(qū)豫西分區(qū)嵩箕小區(qū)。被新生界覆蓋。據(jù)鉆孔揭露,區(qū)內(nèi)基底由太古宙登封巖群及元古界嵩山群構(gòu)成;蓋層由中元古界、古生界、中生界及新生界構(gòu)成。太古宙登封巖群武莊巖組是該區(qū)鐵礦的賦存層位。

        工作區(qū)位于華北地臺嵩箕臺隆東南緣凹陷區(qū)邊部之白沙—許昌復向斜草廟張背斜兩翼。受多期次構(gòu)造活動影響,褶皺及斷裂構(gòu)造較為發(fā)育。褶皺構(gòu)造影響著含礦層位的產(chǎn)狀及埋深;斷裂構(gòu)造對含礦地層連續(xù)性起破壞和局部的控制作用。

        區(qū)域褶皺主要表現(xiàn)為軸向北西、局部近東西向的白沙—許昌復向斜。

        區(qū)內(nèi)斷裂可分為早晚兩期,早期發(fā)育與褶曲軸向大致平行的北西西向高角度正斷層(許昌斷層等),晚期發(fā)育北西及北東向正斷層(如大紅寨斷層、桂村斷層、泉店斷層、小宮斷層、靈井斷層等)。

        1.2 地球物理特征

        工作區(qū)上部均為第四系覆蓋,主要由粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂及中砂等組成;下部以第三系微成巖粉質(zhì)粘土及粉砂巖為主;深部地層以寒武系泥質(zhì)條帶灰?guī)r和砂質(zhì)泥巖及太古界斜長角閃片巖為主,夾黑云斜長變粒巖、角閃斜長變粒巖、鐵閃片巖、混合巖及薄層磁鐵礦。

        根據(jù)頻測測深曲線及相關(guān)資料統(tǒng)計的本區(qū)地層、巖性參數(shù)見表1:

        表中地層電阻率具有從新至老逐漸增大的特征,寒武系和太古界地層為高阻層,其值可達數(shù)百歐米,新生界地層電阻率較低。巖石電阻率以灰?guī)r、斜長角閃巖最高,其值可達近千歐米,其次為砂巖,而斷層破碎帶因為充水電阻率較低,與完整基巖層有一定的電阻率差異。

        以上表明,各地層之間,以及斷層破碎帶與兩側(cè)地層之間存在著電性差異,為開展音頻大地電磁法探測提供了電性前提條件。

        表1

        2 工作方法

        在野外工作過程中及時對儀器的性能進行檢查。為了減少野外作業(yè)噪聲、附近磁場環(huán)境的影響,確保采集數(shù)據(jù)的準確性,由動態(tài)GPS精確確定主端線,手持GPS確定點位,使用地質(zhì)羅盤確定方向,水平尺校準磁探頭水平。共敷設(shè)EH4勘探線25條(圖1),點距50 m,線距100 m,布線方向114°。

        3 成果及解釋

        3.1 成果資料

        對野外采集的時間序列的數(shù)據(jù)進行預處理后,再現(xiàn)場進行FFT變換,獲得電場和磁場虛實分量和相位數(shù)據(jù),并現(xiàn)場進行一維BOSTIC反演。在一維反演的基礎(chǔ)上,利用EH4系統(tǒng)二維成像軟件進行快速自動二維電磁成像。為提高分辨率,二維成像的系數(shù)選為0.2,同時選擇較小的像素,使反演數(shù)據(jù)得到加密,從而突出相對微弱低阻異常。

        對反演得到的數(shù)據(jù),在XY平面上進行網(wǎng)格化,在X軸和Y軸上,采用各項異性的方法進行半徑搜索,從而滿足電性各向異性的實際情況。并采用SUFER成圖軟件,生成各測線視電阻率等值線斷面圖。

        根據(jù)二維電磁成像數(shù)據(jù),取不同點等深度數(shù)據(jù),生成不同深度等深度電阻率等值線圖。

        圖1 測線布置示意

        3.2 解釋方法

        (1)研究工區(qū)及附近區(qū)域地質(zhì)資料、鉆井資料、電性資料以及其它的地質(zhì)信息,了解區(qū)域構(gòu)造特征及不同地質(zhì)層位的電性特征,劃分主要電性層位,并同時選擇電性標志層,本區(qū)選擇新生界(不包含新生界砂巖,其視電阻率值較高)為低阻標志層。

        (2)根據(jù)曲線類型變化以及電阻率變化情況等,對工區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地層展布、斷層發(fā)育特征進行定性分析,并結(jié)合連續(xù)反演結(jié)果,確定工區(qū)內(nèi)各剖面的地電模型。

        (3)根據(jù)地電模型反演,得到區(qū)內(nèi)各剖面主要地層電性參數(shù)和頂面、底面埋深。從而編制各剖面地質(zhì)電性綜合剖面圖。

        (4)結(jié)合鉆井資料和含水地層電性資料,分析本區(qū)地層電性特征,劃分工區(qū)富水區(qū)域。

        3.3 解釋成果

        在剖面上,定性資料主要有ρs等值線圖、等深度ρs等值線斷面圖。

        ρs等值線圖反映的是剖面的電性結(jié)構(gòu),能夠定性分析剖面的地質(zhì)結(jié)構(gòu),而且根據(jù)視電阻率等值線的形態(tài)可大致確定地層縱向分層、橫向展布情況,以及確定斷裂的位置和產(chǎn)狀等。

        等深度ρs等值斷面圖反映的是同一深度的電性特征,可定性判斷該深度的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層富水性特征,大致確定斷裂構(gòu)造的走向及構(gòu)造的阻水、透水性。

        以15線剖面(圖2)為例,根據(jù)探測資料,結(jié)合測區(qū)的地質(zhì)條件、巖(礦)石物性參數(shù)和數(shù)據(jù)采集背景,推斷各類異常以及各類異??臻g分布特征。

        3.3.1 斷裂

        大地電磁測深資料判斷斷裂的依據(jù)有:

        (1)電性層系列有明顯差異或電性層埋深有明顯錯動(在電阻率曲線上表現(xiàn)為極值點錯動);

        (2)因地層破碎充水,導致電阻率明顯降低;

        (3)視電阻率等值線剖面圖的等值線扭曲帶。

        圖2中F4斷層處在圖2的10號測點附近,從深度為200~250 m開始,其兩側(cè)的電阻率明顯不同,而且斷層位置有明顯的電性界限,從其電性結(jié)構(gòu)及電阻率分布趨勢看,結(jié)合其它測線上異常點的位置,推斷出F4斷裂走向近南北,中部稍有彎曲,傾向東,傾角75°,為正斷層。Ft4斷層處在26號測點附近,從深度為220~280 m開始,走向北北東,傾向北西,傾角65°,為正斷層。Ft5斷層處在30號測點附近,從深度為300~330 m開始,走向北北東,傾向南東,傾角65°,為正斷層。

        在等深度ρs等值斷面圖上,尤其300 m深度上(圖3),對斷裂的展布走向,有明顯的顯示。

        圖2 15線ρs等值斷面圖及推斷地質(zhì)剖面圖

        圖3 等深度(-300 m)ρs等值線斷面圖

        3.3.2 富水性區(qū)域劃分

        富水性區(qū)域劃分依據(jù):

        (1)鉆井資料:地層資料、水質(zhì)資料;

        (2)地質(zhì)構(gòu)造分布:構(gòu)造破碎帶充水;

        (3)地層電性參數(shù):含水松散類堆積層及充水破碎帶,視電阻率值明顯降低。

        本區(qū)主要含水層為第四系松散土層潛水—微承壓含水層、第三系松散土層承壓含水層、寒武系灰?guī)r巖溶承壓含水層和太古界變質(zhì)巖裂隙含水層。地下水水位為4米左右,礦化度較高,相應(yīng)含水層視電阻率明顯偏低,約為5~10Ω·m。在等深度ρs等值線斷面圖上有明顯反映(圖3)。主要分布在測區(qū)的西北部、東北部及西南部,劃分了富水區(qū)域,并查明了含水層的性質(zhì)。

        結(jié)合ρs等值斷面圖新生界地板埋深界面,推斷該富水區(qū)域為太古界裂隙水。

        3.3.3 地層剖面推斷

        根據(jù)各條測線新生界深度剖面圖結(jié)果,結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料,本區(qū)基巖埋深從西北向東南逐漸加深,總體可把整個測區(qū)地層分為四層:

        太古宇登封巖群(Ardn):斜長角閃片麻巖、淺粒巖、混合巖化條帶狀斜長角閃巖;

        元古界嵩山群(Pt1sn):條帶狀磁鐵石英巖、粗粒石英巖、中粒石英巖;

        第三系(N):巖性由粉細砂巖、中粗砂巖,含礫中粗砂巖、泥質(zhì)巖組成。

        第四系(Q):巖性為巨厚松散類堆積層。

        4 結(jié)論

        本次礦區(qū)的音頻大地電磁測深,查明了區(qū)內(nèi)覆蓋層的厚度,驗證并推斷了斷層、斷裂帶巖脈等的產(chǎn)狀和位置,推斷了地質(zhì)剖面,劃分出不同深度地層的賦水情況,查明賦水區(qū)域的空間展布。同時,EH4音頻大地電磁測深對礦區(qū)內(nèi)的鐵礦的電性反映比較明顯,經(jīng)與已知鉆孔對比,巖性與鉆孔數(shù)據(jù)相吻合,可為礦床開拓中的生產(chǎn)探礦提供指導性依據(jù)。

        [1]郭全興等.許繼集團有限公司許昌鐵礦豎井工程地質(zhì)勘察報告[R].河南省地礦局第二地質(zhì)勘察院.2007.

        [2]趙建糧等.河南龍成集團許昌礦業(yè)有限公司武莊礦區(qū)水文物探報告[R].河南省鄭州地質(zhì)工程勘察院.2010.

        [3]趙建糧,陳天振.MT法在開封凹陷地熱資源調(diào)查中的應(yīng)用[J].物探與化探,2010,34(2).

        [4]河南省許昌鐵礦普查及武莊礦床詳查地質(zhì)報告[R].河南省地礦局.1981.

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