音频大地电磁测量和激电测深在找水中的应用.pdf

新疆钢铁总第169期2024年第1期音频大地电磁测量和激电测深在找水中的应用郝飞（中陕核工业集团二一四大队有限公司，陕西 西安 710100）摘要：音频大地电磁测量(AMT)用于探测断层、破碎带等隐伏构造为激发极化法提供找水有利区，进一步通过激发极化法测定视电阻率(s)、视极化率(s)参数确定含水层位置、深度及下一步钻探打井位置。裂隙水赋存于坚硬岩石裂隙中的地下水。裂隙的密集程度、开启程度、连通情况等直接影响裂隙水的分布、运动和富集。构造裂隙水不仅分布广泛，还在一定条件下能大量富集。断层裂隙，具有导水性好、规模大的断层，还能起通道作用，沟通不同含水层中的地下水，甚至与地表水连通，为供水工程提供丰富的水源。关键词：音频大地电磁测深；激电测深；找水DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.035中图分类号：P631文献标识码：B文章编号：1672-4224（2024）01-0107-03The Application of Audio Magnetotelluric Measurement andInduced Polarization Depth Measurement in Water ExplorationFei Hao(China Shaanxi Nuclear Industry Group 214 Brigade Co.,Ltd.,Xian,Shaanxi 710100)Abstract:Audio magnetotelluric measurement(AMT)is used to detect hidden structures such as faults and fractured zones,providing favorable areas for water exploration through induced polarization method.Furthermore,the apparent resistivity ismeasured through induced polarization method（s)Visual polarizability（s)Determine the location and depth of the aquifer,as well as the location of the next drilling well.Fissure water exists in underground water in hard rock fractures.The density,opening degree,and connectivity of cracks directly affect the distribution,movement,and enrichment of crack water.Structuralfissure water is not only widely distributed,but can also accumulate in large quantities under certain conditions.Fault fissures,with good hydraulic conductivity and large scale,can also act as channels to connect groundwater in different aquifers,andeven connect with surface water,providing abundant water sources for water supply projects.Key words:audio magnetotelluric sounding;induced polarization depth measurement;searching for water作者简介：郝飞，男，35岁，本科，工程师，中陕核工业集团二一四大队有限公司。E-mail：引言关山牧场长期因畜牧业发展，造成地表饮用水大肠杆菌超标，急需深部地下水解决该地区生活用水。据此，本次地球物理工作设计投入音频大地电磁测深(AMT)及激电测深两种方法结合进行孔位的选择。1工作区含水层地球物理特征地下水在介质的主要空隙的性质分成孔隙水、裂隙水和熔岩水。本次工作区位于关山牧场，该区整体为花岗岩，找水目标层是构造裂隙水1。在工作区进行激电测深、音频大地电磁测量工作时,需要对工作区主要岩(矿)石的电性参数进行测定,以便了解工作区岩矿石电性特征，更好地为物探资料解释提供依据。本次电性参数测定工作采用露头小四极法来测定岩矿石的视电阻率和视极化率参数。根据测定结果对各类岩（矿）石电性参数进行了统计分析，统计分析结果见表1。根据表1对工作区岩（矿）石电性参数的统计结果可知，花岗岩视电阻率最高，变化范围 1349.557948.75 m，平均值3883.80 m，极化率变化范围1.933.01%，平均值2.50%，表现为高阻低极化；花岗岩（中风化）变化范围240.05261.66 m，平均值252.88 m，极化率变化范围1.241.65%，平均值1.51%，表现为低阻低极化；花岗岩视电阻率最高，表现为高阻低极化特征；花岗岩（中风化）表现为低阻低极化特征。综上，工作区具备开展激电测深和音频大地电磁测量的地球物理前提条件。2工作方法音频大地电磁测深（AMT）方法探测深度大、对地下浅部介质分辨率高、工作效率高、野外施工简便等优势，在工区内布设音频大地电磁测深（AMT）剖面。分析AMT时间序列数据，对数据质量的概括有大致了解。采用Robust估计、功率谱编辑等技术，得到单点的视电阻率、相位数据，同时选择“安静”的测1072024年第1期新疆钢铁总第169期站作为远参考站，采用远参考点技术对本地测点进行进一步处理。分析比较单点与远参考的处理结果，选择最优的数据处理结果。野外数据采集是以磁北作为x方向，得到了xy与yx两种模式的视电阻率、相位结果，这就要求根据区域电性主轴方向，经旋转或阻抗张量分解手段，得到TE与TM模式的数据结果。本次激电测深剖面测量工作采用国科（重庆）仪器有限公司生产的A4时频激电仪。A4时频激电仪是结合成熟的交流激发极化法（频率域激电）和直流激发极化法（时间域激电）理论，采用32位A/D高精高速过采样记录技术、现代数字信号处理技术、嵌入式实时操作系统技术、大规模现场可编程阵列逻辑技术等当今最新电子技术研制的交流激发极化法和直流激发极化法为一体的新一代电法仪。阵列式激电测深路的电容耦合收发电缆与收发电极分离，MSU-10A、MSU-4A接收电缆与发射电缆分离，避免了供电回路和测量回和电感耦合引起的二次场或相位干扰；收发电极分离，避免了电极发射后电位放电慢导致的自然电位漂移大。主要测定两个参数，视电阻率(s)和视极化率(s)；采用供电时间5 s，供电模式为标准；本次最大AB供电极距为2000 m。表1 关山草原地下水资源勘查岩石电性参数测定成果统计表3推断解释3.1音频大地电磁测深数据资料整理分析通过对音频大地电磁测深数据资料的进一步整理分析，对异常的性质和找矿意义进行了进一步的研究和评价，音频大地电磁测深剖面解释分析图1，音频大地电磁测深（AMT）0号剖面综合断面图。图1 音频大地电磁测深（AMT）0号剖面综合断面图该剖面位于关山草原核心区一带，剖面横穿断裂构造带，剖面共测量54个音频大地电磁物理点，点距100 m，剖面布设方向为24，测量布设X分量方向与剖面方向一致。结合该区地形地质图以及0号线水文地质剖面综合分析，AMT0号剖面视电阻率断面反演成果图可推测出整区大面积红色高阻区较为完整花岗岩体；在点号12至16号点之间为侵入的黑云斜长片麻岩捕虏体黑云斜长片麻岩捕虏体，沿标高约至1700 m附近；22号点推测断层F1向南倾，向深部延伸至标高800 m处，该断层长度约为1.3 km,整体表现为低阻异常，推断该断层含有构造裂隙水且沿构造向地表补给。点20至27号点浅层地表表现为长条较浅的低阻异常带，该段测线沿山沟布置且沟底有少量地表水；在点号20至23号点附近为该区推断构造F1，判断该构造向深部延伸，在标高1800 m至1600 m附近出现电阻率值低于200 m低阻异常区，推测该区可能含水。在点16号点附近为推测推断构造F3，该构造沿等值线弧顶向下部延伸至标高1600 m处且向南倾，相对低阻异常区，该构造相对较浅。在5号点附近为推测推断构造F6，沿等值线趋势向南倾，深度较浅，相对低阻。综合分析F1断层含水量，为下一步工作提供有力依据。电测深布置依据AMT0线推测出的重点区域，在16至21点号剖面上以每10 m点距布置电测深点位。经过分析总结，拟在 0 号剖面断层 F1、F3 布置钻孔位置大致在AMT0-20、AMT0-15点附近，如图2音频大地电磁测深1号剖面综合断面图。图2 音频大地电磁测深1号剖面综合断面图该剖面位于1号剖面西侧，剖面地形大致南高北低，剖面共测量39个音频大地电磁物理点，点距100m，剖面布设方向为24，测量布设X分量方向与剖面方向一致，穿过该区断裂构造。结合区域地质图以及1线水文地质图进行解释，在28号点附近推断为该区推断构造F1，沿等值线弧顶趋势向下延伸至低阻异常区，向深部延伸在标高1570至1250 m附近出现低阻异常区，可能该富水层延构造向地表补给，富水层电阻率低于200 m。1号剖面F1断层与0号剖面的F1断层方向、位置大致一致，推断该断层为同一条断层。在点20号附近为推断构造F3，沿电阻率高低阻分界线向下延伸约至标高1550 m，推测该构造不含水。10号点附近推测F5构造，整体沿高低阻分界线向下延伸至低阻体消失，该构造较浅。因此01号剖面下部重点工作在24至30号点剖面上布置电测深点，点距10 m。经分析总结，拟在1线断层矿（石）名称花岗岩（中风化）花岗岩测定块数（个）520电阻率(m)最大值261.667948.75最小值240.051349.55平均值252.883883.80极化率(%)最大值1.653.01最小值1.241.93平均值1.512.50108新疆钢铁总第169期2024年第1期F1布置钻孔位置大致在AMT1-24点附近p。3.2反演处理激电测深剖面本次对激电测深剖面进行ZondRes2D软件的反演处理，反演模型选择定制反演和均方根误差范围等均达到质量要求。同时，对异常的性质和找矿意义进行了进一步的研究分析，激电测深剖面解释分析如下：00号激电测深剖面全长600 m，实际有效测量长度 450 m，激电测深点 60个，测深点距约 10 m，剖面布设方向25，见图3、图4激电测深00号剖面电阻率反演断面图。图3激电测深00号剖面电阻率反演断面图图4激电测深00号剖面极化率反演断面图由综合反演断面图可知，在电阻率参数上该断面整体表现为中低阻特征，根据断面激电特征,结合矿区地质资料和岩石出露情况，以及AMT成果的综合推测，沿地表约0-5 m为第四系残坡积物及冲积物，推断为为地表低阻含水。剖面整体地层岩性为花岗岩，且表面风化剥蚀比较严重。剖面中部，地表约80 m和440 m附近,断面图呈近似直立条带状低阻展布，横向变化较大，推测该位置有断裂构造，分别编号为Fw1推测断层构造造成，整体为北西倾，产状较陡，根据中低阻低极化的电性特征，推测较为破碎。在极化率参数上，该断面整体表现为中高极化特征。在剖面约CS0-45-CS0-50、CS56-69、CS0-12-16附近，均存在明显的高极化率异常反映，根据工作区激电参数特征，结合矿区地质资料和岩石出露情况，初步确定以反演后2.8%极化率等值线圈定本次高极化异常区3个，编号分别为0-1、0-2、0-3、高极化异常区。其中0-2高极化异常，位于剖面中部，CS0-45-CS0-50,范围40-60 m，埋深100-350 m，结合AMT以及测深数据综合推测为断层所致，呈条带状近垂直中阻高极化激电特征展布。受F1断裂构造控制，含岩石为含石英脉层的花岗岩石，且两侧构造有围岩蚀。0-2极化率异常区，沿着测线方向范围 40-60m，呈现透镜体状范围不大，埋深浅推测由F2断层控制不含水层，呈现中阻高极化激电特征展布。0-3极化率异常区，位于测线末端，总体在激电特征展布上出现为低阻高极化的电性特征，位于沟底部位，推测为有地表水富集所导致。下部为花岗岩的基岩露头，为不含水层。根据综合反演结果，F1断裂构造呈现出明显的条带状低阻低极化特征，推测规模较大且整体产状较陡，位于0号剖面中部地表约400 m附近，埋深约350 m，北西倾。与之相比，F2断裂构造规模较小，位于0号剖面前段地表约50-100 m附近，埋深约50 m，呈现透镜体状延伸浅。4结论根据本次项目任务，通过音频大地电磁测深找到工作区主要含水构造，结合激电测深更精细地划分出低阻异常区，为钻孔布置提供有力依据。在音频大地电磁测量的0线剖面中探测出主要可能含水的断层 F1 和 F3，对应的激电测深点号为 CS0-1 至CS0-60，而在1线剖面中探测出主要可能含水的断层F2，对应的激电测深点号为CS1-1至CS1-60。通过音频大地电磁测量和激电测深的双重验证，确认0线的 F1 和 F3 断层以及 1 线的 F2 断层为含水断层。在关山牧场地区的实地勘查中，总结出结合音频大地电磁测深和激电测深的方法，为花岗岩地区较深部找水提供了经验。利用音频大地电磁测深可以较为准确地探测构造、断裂的位置、深度及发育情况，从而大致确定构造裂隙水的空间分布；而结合激电测深方法，则能通过电阻率的差异准确可靠地确定构造的发育情况，因为含水裂隙的电阻率较低，而基岩的电阻率较高，形成了明显的导电性差异。参考文献1 孟凡兴，乔勇，胡鉴等.可控源音频大地电磁测量在花岗岩型铀矿勘查中的应用 J.物探与化探，2016，40（03）：488-492+513.109