周成福，薛建球

(青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，青海 西寧 810007)

工作區(qū)在地貌上屬于侵蝕構造中高山、構造剝蝕低山丘陵，地勢起伏變化較大，使得常規(guī)電法開展起來較為困難，EH-4電導率成像系統(tǒng)具有儀器輕便，易于搬運，工作效率高，探測深度大，分辯率高的特點。通過開展高頻大地電磁測深法工作，確定了地層巖性、溶隙、裂隙發(fā)育及富水性情況，經(jīng)鉆孔驗證，說明高頻大地電磁測深在三疊系地層中找?guī)r溶裂隙水具有良好的效果。

1 方法原理

高頻大地電磁測深法(EH-4電導率成像系統(tǒng))是頻率域電磁法，以地殼中巖石和礦石的導電性與導磁性差異為主要物理基礎，研究電磁波在地下不同介質(zhì)傳播過程中在地面表現(xiàn)的不同特征，從而達到了解地下介質(zhì)的電性變化情況的目的。

EH-4電導率成像系統(tǒng)屬于部分可控源與天然場源相結合的一種高頻大地電磁測深系統(tǒng)，觀測的基本參數(shù)為時間域正交的電場分量(Ex、Ey)和磁場分量(Hx、Hy)。通過頻譜分析及一系列運算，求得不同頻率的視電阻率值。該系統(tǒng)根據(jù)勘探深度選擇不同的配置，通過改變頻率可以達到測深的目的。視電阻率計算公式如下[1]：

式(1)中：f為電磁波頻率，Hz；ρxy為視電阻率，Ω·m。

趨膚深度(探測深度)δ由下公式求得：

(2)

由式(2)可知：勘探深度隨著頻率的變小而增大，反之則減少，因此，通過改變頻率可以達到測深的目的。

2 地質(zhì)概況及水文地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)概況

工作區(qū)內(nèi)地層結構較為簡單，第四系地層主要由草甸土和含泥砂礫卵石組成，含泥砂礫卵石主要分布于山間溝谷中，三疊系地層巖性主要是一套淺海相陸臺蓋層碳酸鹽、碎屑巖沉積。巖層主要由塊狀結晶灰?guī)r、角礫灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、砂巖夾泥巖等組成，厚度大于358.7 m。灰?guī)r分布地區(qū)溶洞發(fā)育，巖層破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。

2.2 地質(zhì)構造

工作區(qū)位于柴達木盆地北緣，祁連山南麓。大地構造位置上屬于南祁連槽背斜。區(qū)內(nèi)分布褶皺及斷裂，從構造線的展布方向分析，受壓、扭兩種應力綜合作用的結果，使得區(qū)內(nèi)主要構造輪廓、山體延伸、地層走向、褶皺及斷裂展布等大致沿NWW向延展。褶皺構造屬于南祁連山印支褶皺帶，延伸方向大致呈NWW-SEE向；斷層大致呈NWW向展布，斷層面走向300(°)～310(°)，傾向北東，傾角70(°)～80(°)，北側(cè)上盤上升，屬于逆斷層。

2.3 水文地質(zhì)條件

地下水的賦存條件和分布規(guī)律，嚴格受到氣候、構造、巖性及地貌位置的控制?；鶐r山區(qū)是地表水的發(fā)源地，也是谷地地下水的補給區(qū)，基巖裂隙的補給源最主要為大氣降水，基巖裂隙水以泉的形式泄出補給溪溝。巖溶裂隙水主要分布在三疊結晶灰?guī)r、砂巖中，含水層為厚層、巨厚層構造，性脆，易溶，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水往往沿其裂隙產(chǎn)生強烈的溶蝕作用，溶洞發(fā)育為巖溶裂隙水的運移和賦存創(chuàng)造了良好的條件。

3 電性特征

工作區(qū)地層結構簡單，各巖層的電性差異明顯，從實測及測井資料看，第四系草甸土和含泥砂礫卵石電阻率在50～300 Ω·m范圍內(nèi)；砂巖夾泥巖電阻率為300～600 Ω·m；灰?guī)r裂隙發(fā)育帶電阻率為300～800 Ω·m；完整灰?guī)r電阻率大于800 Ω·m。地層電阻率的差異為高頻大地電磁測深法(EH-4)勘查提供了良好的物性前提。

4 參數(shù)選擇

通過試驗最終確定了野外采集參數(shù)，野外采集時選擇1、7頻段進行數(shù)據(jù)采集，每個頻段疊加次數(shù)均在16次以上，電偶極距為30 m。

5 成果解譯

5.1 線剖面成果解譯

如圖1所示，淺部視電阻率為50～200 Ω·m，對應的地層巖性為第四系草甸土、含泥砂卵礫石，其厚為10～45 m，由于地勢較高，坡度較大，補給條件一般，富水性一般。下部視電阻率為200～600 Ω·m，對應地層巖性為砂巖夾泥巖，該層溶隙、裂隙不發(fā)育，富水性較差；在剖面起始端深部視電阻率大于700 Ω·m，對應巖性為灰?guī)r，其埋深大于230 m，溶隙、裂隙不發(fā)育，巖性完整無巖溶裂隙水分布。

圖1 高頻大地電磁測深法1線剖面成果

5.2 線剖面成果解譯

如圖2所示，剖面整體上淺層視電阻率為100～200 Ω·m，對應的地層巖性為草甸土、含泥砂卵礫石，其厚為5～50 m，剖面從南到北地勢逐漸降低，第四系厚度逐漸變厚，補給條件逐漸變好，富水性逐漸變好；在1～17號點之間中部視電阻率為300～700 Ω·m，對應地層巖性為溶隙、裂隙發(fā)育的灰?guī)r，其厚為10～35 m，此段含水層較薄，富水性一般，深部視電阻率大于800 Ω·m,對應地層巖性為完整的灰?guī)r；19～45號點中部視電阻率為500～800 Ω·m，呈現(xiàn)低阻異常，對應地層巖性為溶隙、裂隙發(fā)育的灰?guī)r，其厚為40～300 m，此段含水層厚度較大，富水性好，為主要富水區(qū)，深部視電阻率大于800 Ω·m，對應地層巖性為完整灰?guī)r。47～73號點下部電阻率為300～700 Ω·m，對應地層巖性為砂巖夾泥巖，該層溶隙、裂隙不發(fā)育，富水性較差。分別在17、45號點附近電阻率等值線在水平方向上呈現(xiàn)不連續(xù)，垂向上呈現(xiàn)陡立密集，據(jù)此推測存在F1、F2斷層。

圖2 高頻大地電磁測深法2線剖面成果

6 鉆探驗證結果

經(jīng)過綜合分析，最終將ZK1鉆孔布置在1線52～54號點之間，設計孔深為300 m，最終孔深為301.1 m。經(jīng)鉆探驗證第四系草甸土和含泥砂礫卵石厚度為31 m，基底巖性為砂巖夾泥巖，其溶隙、裂隙不發(fā)育，日均出水量為370 m3/d；將ZK2鉆孔布置在2線41～43號點之間，設計孔深300 m，最終孔深為340.4 m。經(jīng)鉆探驗證第四系草甸土和含泥砂礫卵石厚度為19 m，20～217.4 m為灰?guī)r，其溶隙、裂隙發(fā)育，富水性好，其日均出水量達3 100 m3/d，218.87 m以下基底巖性為砂巖夾泥巖。

7 結 論

1)三疊系地層中，砂巖夾泥巖的溶隙、裂隙不發(fā)育，巖溶裂隙水富水性較差，單井出水量為370 m3/d；灰?guī)r層中的溶隙、裂隙發(fā)育，巖溶裂隙水富水性好，單井出水量達3 100 m3/d。

2)在青海地區(qū)灰?guī)r層中的溶隙、裂隙主要發(fā)育在斷裂帶上。

3)經(jīng)鉆孔驗證，高頻大地電磁測深法在三疊系地層中找?guī)r溶裂隙水具有良好的效果。