综合物探方法在矿区水文地质勘查中的应用

马 健，屈利军

（1.安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽 六安 237000；2.湖南省地球物理地球化学勘查院，湖南 长沙 410000）

物探方法在矿山水文地质资源勘查中应用广泛且效果显著，包括电阻率法、激发极化发、核磁共振法、电磁测深法、反射波法等多种方法。针对不同地区的水文地质特点，选用何种物探方法能达到最佳的勘探效果是一个值得深入研究的课题，灵活组合应用不同物探方法能有效降低单一方法的多解性，提高解释准确性。

衡阳南岳地区地处衡山大断裂活动区，属花岗岩丘陵地貌，当地已发现多处地下水出露。已有资料及地质条件均表明，该地区水文资源开发的潜力较大。矿区内以往水文地质研究工作程度较低，仅做过小比例尺的区调工作。为研究区内地下水的形成条件、分布、埋藏深度，查明区内地层、构造、岩浆岩及主控构造、埋藏条件间的关系等，结合当地水文地质条件，决定投入联合剖面、可控源音频大地电磁测深等综合物探手段，在充分研究区内物探、地质、水文和钻孔成果资料的基础上，对矿区的水文地质资源潜力做出科学评价，为当地的水文资源开发利用、经济发展提供有力的科学依据和技术支撑。

1 工区概况

工区出露地层仅有第四系（Q）及冷家溪群雷神庙组（Ptln2）。

断裂构造主要为F21断裂（衡山大断裂）和隐伏断层F1，其中F21走向北东，延伸长大于30km，倾向北西，倾角45°～50°，破碎带宽约30m，为区内区域性断裂。该断裂北东侧切穿石炭系、泥盆系灰岩构成导水通道，使北东方向补给来的地下水汇集于断裂带内，断裂带南西端末见有泉水出露。F1位于勘查区北部，系一条隐伏断裂，其贯穿勘查区东西，区内延长约5km，平面走向特征为北东东向，断层倾向北～北西，倾角约45°，断裂经过处多被农田及被第四系残坡积层所覆盖，未见基岩露头。

出露的岩浆岩主要为南岳岩体，岩性为角闪石黑云母花岗闪长岩、角闪石黑云母二长花岗岩、黑云母二长花岗岩、二云母二长花岗岩。岩体呈岩基状侵入，属燕山早期第一次侵入岩。

区内地下水较丰富，其类型主要为松散岩类孔隙水、红层孔隙裂隙水、基岩裂隙水（碎屑岩裂隙水、浅变质岩裂隙水和花岗岩风化裂隙水）及碳酸盐岩裂隙溶洞水等四大类。

2 工作方法

本次工作以联合剖面电阻率测量为基础，以此测量成果初步圈定低阻正交点位置，大致确定断裂（破碎带）的平面位置，在断裂（破碎带）异常范围内，投入一定量的可控源音频大地电磁测深（CSAMT）测量工作，对断裂（破碎带）的深部空间进行更深入的探测和研究，进而推断地下地质空间的结构构造。

2.1 联合剖面

以大致垂直断裂构造走向方向，设计联合剖面共9条（图1），长度0.60km～1.20km不等，测点距20m。经现场对比试验最终确定，供电极距AO为200m，MN为20m。仪器采用重庆地质仪器厂DZD-6A型多功能直流激电仪，延时观测时间设置为20ms，采样宽度为400ms，观测次数1～3次。

图1 区域地质及物探工程布置图

2.2 可控源音频大地电磁测深 （CSAMT）

针对联合剖面工作发现的低阻异常带，结合勘查区地质和水文地质资料，选择异常较为典型、附近有关键地下出水点的5、7和9号剖面进行可控源音频大地电磁测深工作。本次可控源音频大地电磁测深使用美国ZONGE公司生产的多功能电法工作站系统，数据采集仪器为小型6通道GDP-32接收机。采用“一带四”TM模式，即每次测量4个电道Ex和一个磁道Hy；测量点距为40m，测量极距为40m；测量频率范围1Hz～8192Hz，供电极距AB为1200 m，收发距约为10km。

3 成果解释推断

3.1 联合剖面

9条联合剖面视电阻率测量结果（图2）表明，勘查区内燕山早期第一次倾入花岗岩整体上电性较为稳定，视电祖率大部分在511.11Ω·m～1487.5Ω·m范围内浮动；而由洪冲层、残积、坡积等强风化松散岩类组成的第四系覆盖层，其视电阻率主要在253.35Ω·m～735.29Ω·m变化，整体表现为在横向上连续低阻响应。

图2 联合剖面图

在F21断裂带切过的2、3、5号剖面对应的148、164、142号测点捕捉到了低阻正交点，出现在断裂带左右两侧。虽然4号和9号剖面没有发现正交点，但在断裂带穿过的134/4～140/4号测段、136/9～142/9和172/9～178/9测段其ρsa、ρsb曲线相对于整条剖面同时表现为“低谷”形态，反映地下浅-中部为低阻特征。

同时，6、7、8号剖面，分别在136、146和163号点发现视电阻率为678.06Ω·m、587.34Ω·m和415.79Ω·m的低阻正交异常。除6号剖面异常位于花岗岩地区外，其余两点位于沟冲或山包脚下，3个异常点位置极为邻近，沿剖面走向上相差60m～150m，平均线距约800m，推断剖面上的低阻异常为隐伏断裂F1所引起。岩石破碎、裂隙发育并富水，是引起连续低阻带的主要原因。

3.2 可控源音频大地电磁测深 （CSAMT）

从5号剖面综合物探推断解释图（图3）中可以看出，从海拔-150m至-450m，整条剖面其视电阻率值在146号测点为最低值；从-450m～-550m，视电阻率最低极值偏向于158号测点；从-550m～-900m，低阻极值点又偏向小号（南东）方向，低阻带呈“S”型，证明深部断裂带产状变化较大，断裂面带扭状特征。

图3 5号剖面综合物探推断解释图

其次，在0～200m浅-中上部的沟谷洪积层，下伏中风化基岩其电阻率横向连续，视电阻率整体上为低阻，变化幅值0～680Ω·m；低阻厚度从小号段的南东方向200m向大号段的北西方向变薄至50m，推断在该剖面F21断裂倾向南东，浅部倾角大致在45°左右，深部整体上变大，局部断裂面不稳定特征。

F21断裂带在地表出露于150～158号测段，在138～158测段200m埋深范围内为整条测深剖面反映最为强烈的低阻异常；异常极值为90Ω·m，深度150m，呈闭合囊状，从158号测点向南东方向深部为长轴。由于勘查区内第四系覆盖层最厚为39.08m，推断该异常主要是局部地表水体和上层滞水向岩石碎裂，裂隙集中地段补给引起。

4 结论

根据综合勘探成果以及已有地质资料，选定了5号剖面148号点附近，施工验证钻孔ZK501，在钻孔中发现断裂痕迹，断裂（破碎）带位置与测深低阻位置基本一致，并且钻出地下水，水量约40m3/d。据钻孔资料判定，F21为压性断裂，其胶结物多为泥质、硅质，裂隙及孔隙多被泥质充填，通道不畅，导水性及富水性弱。而隐伏断层F1为压扭性断层，导水性及富水性总体较弱，但相对F21断裂而言，其裂隙较发育，通道较顺畅。降雨入渗后，经过深循环，吸收了岩浆热及构造热形成地下水，并在F1断层控制下，导入区内，并沿F1断层运移，在断层及花岗岩风化裂隙发育地段溢流出地表。勘查成果基本查明了F21和F1的空间分布规模、形态、储存形式，表明综合物探方法在此类岩浆断裂（裂隙）型地下水勘查中具有良好效果。