EH4电磁法在安徽某矿区水文地质勘查中的应用

吴飞 陈海波

摘要：安徽某矿区开展-455m中段以上水文地质勘查研究工作中采用了EH4大地电磁测深勘查方法。生产应用中EH4体现出轻便灵活、场地适应性好、分辨率较高的特点。音频大地电磁数据做了二维反演处理后与地质资料、钻井资料对比吻合较好。在该电磁测数据验证较好的基础上，构建了工区主含水层发育规律、断层破碎带的空间分布状态、可能存在的地下水的富集情况。为矿山制订合理的防治水措施提供科学依据。

关键词：水文地质勘察；EH4；含水层

1.前言

研究矿区的主含（充）水层次生石英岩孔洞较为发育，系矿床直接顶板，矿床充水的直接来源。为了保证该部分矿体能尽早投入开采作业必须弄清楚主含（充）水层次生石英岩孔洞裂隙的整体性、完整性及发育规律、断层破碎带的空间分布状态、可能存在的隐伏地下水的富集情况等，所以开展-455m中段以上水文地质勘查研究工作。

地球物理方法作为水文地质调查必不可少的手段之一，被广泛地用于寻找地下水，圈定构造及其走向和断距，解释基底埋深，划分含水层的空间分布等方面。EH4是一种新的物探方法，在我国已成功运用在地矿、煤炭、水利、水电系统的找矿、找水等具体工程中[1-3]。

EH4大地电磁测深法是一种天然信号源和人工信号源相结合的物探方法，其工作频率在10Hz～100kHz之间，探测深度可达到近1km[4]。探测深度满足-455m中段以上的任务要求。

2.矿区主要含（隔）水层

砖桥组为矿床范围内主要地层，矿体赋藏于此层之下。矿区范围内以砖桥组次生石英岩类孔洞裂隙承压水含水层岩层为主，是区内主要的含水岩层。矿体主要位于该次生石英岩类主要含水层以下。从上至下按岩石组合分别叙述其含（隔）水性。

2.1粗安岩类裂隙水

由辉石粗安岩、黑云母粗安岩、杏仁状粗安岩及其下部少量的泥化粗安岩（高岭土化、绿泥石化、水云母化、碳酸盐化等）组成，厚度100m～300m，风化带深度一般10m～90m。

2.2凝灰岩类隔水层

位于粗安岩类微弱裂隙潜水层之下，由凝灰质粉砂岩、角砾凝灰岩、蚀变凝灰岩（黄铁矿化、水云母化、高岭石化）及蚀变后的水云母岩、高岭石岩等组成。岩石大多为泥质成分，结构松软而致密，裂隙不发育。在矿床范围内有一定阻水作用。

2.3次生石英岩类孔洞裂隙承压水

位于凝灰岩类隔水层之下，是矿区的主要含水层。由次生石英岩、角砾状黄铁矿化次生石英岩、水云母化高岭土化次生石英岩和少部分硅化凝灰岩组成。它的分布范围基本上与矿体分布范围相一致，约略大于矿体范围。其顶板标高-84.89m～-555.68m，平均标高为-266.40m；底板标高-196.26m～-574.49m，平均标高为-411.28m。厚度10.73m～393.15m，平均144.89m。

2.4矿体及其顶底板不含水岩类

位于次生石英岩类主要含水层以下，包括铁矿体及其顶底板的硬石膏、次生石英岩、高岭石岩、硬石膏岩、膏辉岩、碱性长石岩等蚀变岩石。岩性一般坚硬致密或蚀变强烈、泥化程度较高的不含水体。矿体一般距含水层底板较远，不受直接影响。但当矿体直接与次生石英岩类含水层位相接触后，或有断裂沟通时除外。

3. EH4工作及成果分析

3.1测点布置

测点布置在水文勘探的重点区域，每隔50m布置一个点，形成50m×50m的物探网度（图1），总计181点，测线设计时尽量与已有的地质勘探线重合。在资料解释中将数据分组为3横19纵的22条测线进行了二维反演，反演成果与矿区提供的地质勘探线、钻井资料等对比解释。

3.2数据处理

目前，国内许多使用EH4电磁勘探系统的用户，对后期资料大都使用EH4系统自带的基于博斯蒂克（BOSTIK）反演方法的IMAGEM软件进行处理，并在此基础上进行地质解释。IMAGEM软件具有计算速度快、操作简洁、工作现场给出反演结果的优点，其反演结果能直观揭示地下的电性结构特征，不会因为局部测点数据不好影响整个反演结果[5]。BOSTIK反演是以低频区视电阻率曲线尾支渐近线的特征为基础，将视电阻率随周期（频率）变化的曲线转化为电阻率随深度变化的曲线，在简单的水平层状介质上，假设下半空间介质电阻率为无穷大和零两种极限情况[6]。

3.3剖面成果

在本文中選择NS07和WE02线进行介绍。选择这两条测线介绍的原因是NS07经过钻孔ZK09C，且有地质勘探剖面对比，成果剖面拟合较好；WE02线横跨工区中部，是能够代表工区地下情况的较长的一条剖面。

3.3.1 NS07线综合解释

NS07测线方位角170°，本条测线与09勘探线的北端部分基本重合。综合分析了EH4电阻率二维反演剖面图、09勘探线地质剖面、ZK09C测井资料（图2）对该剖面进行了解释。

ZK09C孔深442.0m，实测水位-53m以下至-300m。这个水位深度与电阻率剖面图中低阻段位是一致的。

ZK09C电位电阻率测井曲线显示250m～328.5m左右，电位电阻率呈低值异常反应，电阻率均值在55Ω？m左右，可能受地层水影响；328.5m～406m左右，电位电阻率值相对较大，电阻率值在40Ω？m～1843Ω？m左右变化，曲线波动幅度较大；406m～441m左右，曲线呈高值异常反应，电阻率最大值达2820Ω？m左右。

后将矿山提供的含水层顶、底板的界线添加到NS07测线的电阻率剖面图中（蓝色曲线勾画），在图2中能看到含水层与电阻率梯度界面拟合度非常高。在含水层中的低阻异常推断为破碎含水导致的低阻异常；高阻部分推断为岩性完整、含水性差，用黄色区块表示；含水层中空白部分表示含水性一般。

结合09勘探线的地质资料，显示在含水层下方就是矿体。矿体多由硬石膏、次生石英岩、高岭石岩、硬石膏岩、膏辉岩、碱性长石岩等蚀变岩石组成，岩性一般坚硬致密或蚀变强烈、泥化程度较高的不含水体。这种岩性的电阻一般为高阻。该处矿体距含水层底板较近，受到含水层的直接影响，但含水层中破碎含水部分距离矿体主体部位较远且无断层连通，所以NS07测线的62～66号点下方的矿体不易出现漏水现象。59号点下深-450m处为一处破碎含水且与含水层中的破碎含水部分有断层连通，该位置是采矿甬道较易漏水的危险区。

3.3.2 WE02线综合解释

WE02测线方位角80°，该剖面接近整个工作的中间位置。综合了EH4电阻率剖面图、含水层、水文地质图（图3）对该剖面进行了解释。

将该电阻率剖面图覆上含水层的顶、底界线后能看到含水层与电阻率的分层拟合的较好。含水层界线与之前保持基本一致。结合电阻率剖面推断本条测线06～33点段和71～ 118点段含水层的岩性完整、含水性差；42～62点段破碎严重、含水性好，且有向矿体延伸形成导水通道的趋势，采矿活动尽量远离该区域；127～175点段含水层内部破碎严重、含水性好，但不见向下导水通道，该段采矿活动需做好防水措施。

4.平面切面成果

测点基本均匀地分布在水文勘探的重点区域，汇总所有测点数据绘制了不同深度的电阻率水平切面成果（图4）。本次绘制了工区高程为-50m、-100m、-150m、-200m、-250m、-300m、-350m、-400m、-450m、-500m、-550m十一个不同深度的水平切片图。观察各个切片后，选取-250m、-350m、-500m这三层切片进行破碎含水区域空间上的划分。

图中浅色区域为电阻率高值，表示着这片地层较为完整；深色区域为电阻率低值区域表示着这片地层较为破碎或含水地层。观察各个层位破碎含水位置分布特征，能看到-350m这一含水层切片中破碎部位集中在工区中部，近似两个南北向的條带状；向上在-250m切片中在工区中部出现一个北偏东走向的破碎含水部位，刚好覆盖在-350m切片中破碎集中部位之上，推断为含水层中含水性较好的中部位置的补水通道；向下在-500m切片中主要破碎含水部位主要向南段和北端集中缩小，因为这两块破碎含水位于-350m切片中推断的两个条带状破碎含水带下方，所以推断为含水层中破碎含水向深部延伸、缩减的一个过程。

5.结论

5.1在生产应用中EH4大地电磁轻便灵活、场地适应性好、采集时间短，效率高。

5.2通过对比EH4成果、ZK09C水文孔资料和地质勘探剖面资料验证了EH4数据分辨率高，能与实际情况相吻合。

5.3通过剖面和切面的解释能够达到勘查工区含水层发育规律、断层破碎带的空间分布状态、可能存在的地下水的富集情况的任务目的。

参考文献：

[1]刘康和，刘成怀，等； EH4电磁测深在煤层采空区勘察中的应用[J].工程勘察， 2012， 40（5）： 86-90.

[2]靳月文.煤矿采空区EH4电磁法勘查试验[J].工程地球物理学报， 2015， 12（5）： 650-654.

[3]杨青峰，刘彦华，蒋玉坤，等；综合地球物理方法在坦桑尼亚某电厂水文地质勘察中的应用[J].工程地球物理学报， 2016， 13（5）： 659-665.

[4]刘乐寿，刘任，王天生，等；大地电磁测深资料处理与解释[M].北京：石油工业出版社， 1989. [5]张凯飞. EH4数据在IMAGEM与WINGLINK下反演处理的对比[J].物探与化探， 2013， 37（6）： 1146-1151.

[5]郭建强，武毅，邵汝君，等； EH4电导率成像系统简介及应用[J].物探与化探， 1998， 22（6）.