陳 宇

（廣東省有色地質(zhì)勘查院，廣東 廣州 510080）

為了解決東源縣對礦產(chǎn)資源需求，東源縣自然資源局在原奇峰石場和原寶峰石場閉坑場地進行整合設(shè)立礦區(qū)，地下隱伏地質(zhì)病害會對礦區(qū)造成嚴(yán)重安全隱患，進行二石礦區(qū)物探勘查工作時，大致查明研究區(qū)地質(zhì)形態(tài)、變化規(guī)律。

等值反磁通瞬變電磁法屬于無損探測，不受接地等場地條件的限制，由于其特殊的裝置

克服了傳統(tǒng)瞬變電磁法存在探測盲區(qū)的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了0～100m淺層勘探，且操作簡單、工作效率高、抗噪、抗干擾能力強，是一種新型的可用于特殊地質(zhì)探測的技術(shù)，為地質(zhì)工程驗證提供地球物理依據(jù)，最后通過鉆孔驗證，取得了良好的效果。

1 礦區(qū)地質(zhì)與地球物理特征

1.1 地質(zhì)特征

據(jù)野外現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，初步查明礦區(qū)范圍內(nèi)出露地層簡單，主要有石炭系中上統(tǒng)壺天群(C2+3h)。石炭系中上統(tǒng)壺天群(C2+3h)是礦區(qū)范圍內(nèi)出露的主要地層，主要巖性為淺灰色、灰色厚層狀粉晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，部分地區(qū)見有肉紅色、粉白色白云巖。礦區(qū)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，礦區(qū)內(nèi)主要為單斜構(gòu)造，地層走向70°～100°，傾向北，傾角為67°～85°，礦區(qū)巖漿巖不發(fā)育，未見巖漿巖出露。

1.2 地球物理特征

據(jù)礦區(qū)附近工程鉆探揭露，場地地層為第四系素填土層（Qml）、第四系坡積層（Qdl）、第四系殘積層（Qel）、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)峨A細(xì)砂巖（P2l）及石炭系中上統(tǒng)壺天群灰?guī)r（C2+3h）組成，結(jié)合我院歷年在省內(nèi)該地層的物性參數(shù)測定結(jié)果如表1所示。

表1 礦區(qū)地層的物性參數(shù)測定結(jié)果

區(qū)內(nèi)砂礫巖低阻特征；粉砂巖、砂礫巖為中等電阻率特征；灰?guī)r、白云巖為高電阻率特征，第四系黏性土為極低電阻率特征。根據(jù)鉆探結(jié)果，斷裂構(gòu)造帶發(fā)育區(qū)基本為水和二疊系細(xì)砂巖、第四系黏土層充填，與石炭系壺天群灰?guī)r等圍巖具有明顯的電阻率差異。

該區(qū)由于斷裂構(gòu)造帶發(fā)育，灰?guī)r、白云巖電阻率值相對物性參數(shù)偏低，同時需要強調(diào)由等值反磁通瞬變電磁理論反演得到的電阻率為相對電阻率，與巖土層的真實電阻率存在一定差異，但電阻率明顯的差異仍然存在，因此該區(qū)具備開展等值反磁通瞬變電磁法（OCTEM）探測含水?dāng)嗔褬?gòu)造的電性條件。

2 瞬變反磁通方法原理與數(shù)據(jù)處理

2.1 方法原理

等值反磁通瞬變電磁法（OCTEM）是測量等值反磁通瞬態(tài)電磁場衰減擴散的一種新的瞬變電磁法。具體的技術(shù)思路與方案是：以相同兩組線圈通以反向電流時產(chǎn)生等值反向磁通的電磁場時空分布規(guī)律，采用上下平行共軸的兩組相同線圈為發(fā)射源，且在該雙線圈源合成的一次場零磁通平面上，測量對地中心耦合的純二次場，裝置示意見圖1。雙線圈在地面發(fā)射瞬態(tài)脈沖電磁場信號，其中一組線圈置于近地表面，在瞬態(tài)脈沖斷電瞬間，近地表疊加磁場最大，因此，在相同的變化時間下，感應(yīng)渦流的極大值面集中在近地表，感應(yīng)渦流產(chǎn)生的磁場最強，隨著關(guān)斷間歇的延時，地表感應(yīng)渦流逐漸衰減又產(chǎn)生新的渦流極大值面，并逐漸向遠(yuǎn)離發(fā)射線圈的深部、邊部方向擴散，即為M.N.Nabighian形象描述的瞬變電磁法的“煙圈效應(yīng)”圖2）。渦流極大值面的擴散速度和感應(yīng)渦流場值的衰減速度與大地電性參數(shù)有關(guān)，一般在非磁性大地中，主要與電導(dǎo)率有關(guān)：大地電導(dǎo)率越大，擴散速度越小，衰減得越慢。根據(jù)地表接收到的渦流場信號隨時間的衰減規(guī)律即可獲得地下電導(dǎo)率信息，這就是等值反磁通瞬變電磁法的物理原理。

圖1 等值反磁通瞬變電磁裝置示意圖

圖2 瞬態(tài)渦流極大值擴散示意圖

最大值擴散深度與介質(zhì)的電導(dǎo)率和有效測量時間有關(guān)，具體擴散深度的計算公式如公式1，而有效探測深度的計算公式2；擴散速度與介質(zhì)電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率以及觀測時間成平方反比關(guān)系，計算公式如（3）式。這就是瞬變電磁測深的理論基礎(chǔ)。

利用中心耦合裝置測量水平渦流產(chǎn)生的磁場（二次場）的衰減變化。OCTEM縱橫向分辨率高，信噪比高，儀器輕便，幾乎不受場地條件的限制，是礦山采空區(qū)、活動斷層探測的有效手段。

2.2 工作裝置

本次施工中瞬變電磁法采用的儀器是湖南五維地質(zhì)科技有限公司生產(chǎn)的HPTEM-18型高精度瞬變電磁系統(tǒng)。

該系統(tǒng)是針對瞬變電磁淺層地質(zhì)勘探存在“盲區(qū)”，及抗電磁干擾能力弱的問題，由湖南五維地質(zhì)科技有限公司與中南大學(xué)歷經(jīng)8年共同研發(fā)研制而成。該系統(tǒng)創(chuàng)新地運用等值反磁通技術(shù)（OCTEM）消除收發(fā)線圈之間的感應(yīng)耦合；利用對偶中心耦合原理提高橫向分辨率；采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的微線圈對偶磁源、高靈敏度磁感應(yīng)傳感器、高速24位數(shù)據(jù)采集卡以及高密度測量技術(shù)實現(xiàn)了淺層高精度瞬變電磁勘探。HPTEM-18等值反磁通瞬變電磁系統(tǒng)包括HPTEM天線（線框）、儀器主機、連接纜和操作PC組成。

系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)：

（1）體積：590mm（Φ）×3 80mm（H）；

（2）重量：19Kg；

（3）工作溫度：-20℃～80℃；

（4）發(fā)送天線等效面積：200m×200m；

（5）接收天線有效面積：大于200m2；

（6）諧振頻率：大于200kHz；

（7）噪聲水平：1nV√Hz。

主機參數(shù)與性能指標(biāo)：

（1）體積：400mm（L）×300mm（W）×200mm（H）；

（2）重量：7.4Kg；

（3）工作溫度：-20℃～80℃；

（4）電源電壓：11.5V～12.5V；

（5）發(fā)送電流：9.5A～10.5A；

（6）發(fā)送頻率：0～250Hz；

（7）接收機動態(tài)范圍：10bit+24bit；

（8）噪聲水平：10nV√Hz。

2.3 數(shù)據(jù)處理

OCTEM的數(shù)據(jù)處理是將原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)預(yù)處理、定性分析、定量解釋和綜合解釋等步驟，最后結(jié)合已知地質(zhì)資料得到電學(xué)地質(zhì)斷面圖。

3 瞬變反磁通實例分析

測區(qū)北面布設(shè)了L1、L2兩條平行測線，長度為530m。目的是探測北面區(qū)域的深部地層發(fā)育和斷裂帶延伸情況。根據(jù)物探視電阻率異常，在L1線的20號測點、140號測點、280號測點和440號測點推測了F4，F(xiàn)5，F(xiàn)6和F7共4條斷裂構(gòu)造帶。其中F4和F6斷裂帶向東陡傾，F(xiàn)5和F7斷裂向西陡傾。結(jié)合地表溝系延伸及區(qū)域地質(zhì)資料的認(rèn)識，在300號測點設(shè)計驗證鉆孔WT1，孔深80m。在L2線

20號測點、180號測點、240號測點和400號測點同樣推測出了F4，F(xiàn)5，F(xiàn)6和F7共4條斷裂構(gòu)造帶，且兩條測線推測的同一編號斷裂帶傾向相同，表明該斷裂帶在空間具有延續(xù)性，為同一斷裂構(gòu)造帶。結(jié)合地表溝系延伸及區(qū)域地質(zhì)資料的認(rèn)識，在140號測點設(shè)計驗證鉆孔WT2，孔深80m。兩個鉆孔的目的均為驗證根據(jù)測線剖面視電阻率異常特征推測的該測點深部土石分界面、溶蝕帶的發(fā)育和斷裂帶延伸情況?，F(xiàn)根據(jù)WT1和WT2鉆孔驗證情況，對L1線和L2線位置所對應(yīng)的視電阻率值范圍做了校正。WT1鉆孔的驗證情況為0～36m為殘坡積層，36m～46.3m為強風(fēng)化灰?guī)r，主要成分為黏土。46.3m～49.3m發(fā)育6個串珠狀溶洞，為主要含水層。46.3m為巖土分界面。WT2鉆孔的驗證情況為0～21m為殘坡積層，粉質(zhì)黏土。21m～85m為沖洪積層，粉質(zhì)黏土，結(jié)構(gòu)松散、多孔，繼續(xù)在未取芯情況下，在91.3m見基巖面。兩個驗證孔直線距離162m，分布在兩條平行測線，對于礦區(qū)地下地質(zhì)情況的驗證具有一定的普遍意義，由于WT2驗證孔巖土分界面較深，無砂層，推測為區(qū)域近東西向斷裂及次級斷裂F5共同作用形成的深度較大的溶槽。WT1驗證孔同樣揭示在巖面以上無砂層，巖土分界面在46.3m。我們以此分界面的深度來推測北面大概的巖面深度，對應(yīng)視電阻率曲線，推測巖面分界面約240歐姆.米,地層發(fā)育及斷裂構(gòu)造帶約270歐姆.米～300歐姆.米，這與東面L5線和L6線發(fā)育地帶及斷裂構(gòu)造帶的電阻率相似。

從L1、L2線的反磁通瞬變電磁剖面解釋圖（圖3、圖4）可以看出，北面區(qū)域的第四系覆蓋層厚度約20m～50m之間，呈現(xiàn)西厚東薄的趨勢。推測微風(fēng)化灰?guī)r埋深在標(biāo)高170m附近，呈現(xiàn)西低東高趨勢。在1線0-40、140-180、280-320、420-460和500-520號測點之間，2線0-20、220-250、360-420和480-520號測點之間，位于灰?guī)r面以下附近，在電阻率等值線斷面圖上表現(xiàn)為等值線下凹，低值封閉，或等值線變寬等畸變異常，向下延伸25m～40m不等。根據(jù)等值反磁通瞬變電磁法剖面視電阻率異常，以低阻異常特征來圈定，結(jié)合地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查，推斷低阻異常為地質(zhì)蝕變帶中填充軟塑狀粘土所引起。在標(biāo)高20m～110m深度之間，電阻率等值線斷面圖上分布著串珠狀的、高阻電阻率曲線包裹著封閉的低阻電阻率曲線的異常形態(tài)，視電阻率值在180歐姆.米～330歐姆.米之間，低阻體寬度20m～30m，厚度20m～40m之間，埋深較大。

圖3 L1線反磁通瞬變電磁法綜合解釋圖

圖4 L2線反磁通瞬變電磁法綜合解釋圖

在兩條測線大概0、140、280和400號測點附近推測的4條傾向相近的斷裂構(gòu)造帶，其中F5斷裂構(gòu)造帶電性差異明顯，低阻形態(tài)較大，深部松散程度高，形成深部溶槽。1線為設(shè)計驗證靶位，不排除1線同樣位置出現(xiàn)溶槽的可能。F7斷裂構(gòu)造帶在平面上的延伸，與東面推測的F9斷裂構(gòu)造帶交匯，深部較發(fā)育。

4 結(jié)論

本次等值反磁通瞬變電磁法測深工作利用所測電阻率成果在剖面上推斷了礦山斷裂構(gòu)造帶的縱深分布。經(jīng)過與驗證鉆孔資料對比，證明此次物探方法對礦山地質(zhì)發(fā)育的探測效果顯著，推斷剖面圖及不良地質(zhì)體平面分布解釋基本反映了礦山斷裂構(gòu)造和發(fā)育范圍。

致謝：廣東省地質(zhì)局總工及全國危機礦項目辦監(jiān)審專家陳易玖，在數(shù)據(jù)處理和地質(zhì)解釋上給予了多處指點，廣東省有色地質(zhì)勘查院總工李勇、物探院高工鐘文勝、何俊飛對物探異常的地質(zhì)解釋提出過建設(shè)性意見，在此表示衷心的感謝。