音频大地电磁测深法在云南曲硐水资源勘查中的应用

秦伟桃，张 明，刘 立

（广东省核工业地质局二九三大队，广东 广州 510800）

水资源是被人类在生产和生活活动中广泛利用的资源，不仅广泛应用于农业、工业和生活，还用于发电、水运、水产、旅游和环境改造等，因此，合理开发利用水资源，发展旅游经济，可为地方带来一定的经济效益和社会效益[1]。合理布置地质调查和地球物理勘查工作，针对性的开展工作，可减少水资源勘查中的投资风险，降低开发成本。

在水资源勘查中，应根据工区特点选取适合有效的物探工作方法，其中音频大地电磁测深法是以天然交变电磁场作为场源的一种电磁法，通过观测天然的大地电磁场入射到地下后，经地下介质反射到地面而形成的特殊电磁场，从而研究地下地质结构及其分布特征[2,3]。该方法属于频率域测深法，相较于传统的直流电法，具有勘探深度大、分辨能力强和观测效率高等特点，其是研究深部地质构造和寻找隐伏矿体的有效手段，在水勘查中有被广泛地应用。

1 方法原理

音频大地电磁法观测的基本参数是相互正交的电 场 分 量（Ex、Ey）和 磁 场 分 量（Hx、Hy），通 过ρ=0.2|E|2/|H|2·f可计算出相应频率对应的该测点下随频率变化的视电阻率估计值，进而达到测定地下各层电阻率的目的。式中：ρ是视电阻率（Ω·m）；f为频率（Hz）；E是电场强度（Mv/km）；H是磁场强度（nT）。

在实践中，不同频率的大地电磁场水平分量的变化，反应了不同深度范围内的视电阻率信息，因此，通过观测不同频率的电磁信号，可以获得不同深度的电信息，并且结合已知的地质情况，解释地下地质特征。

2 工作区概况

2.1 地质及水文地质概况

（1）地层。工作区及邻区出露地层主要有侏罗系、白垩统、第三系和第四系。侏罗系（J）主要出露坝注路组紫红色泥岩夹粉和细砂岩，面裂隙率2.2%～4.8%，地下迳流模数1.14～2.92升/秒·平方公里，工作区内赋存承压自流水，为工作区主要含水层位。白垩系（K）地层出露较为完全，出露面积最广，从上至下划分为上统虎头寺组（K2h），下统南新组（K1n）和景星组（K1j）。其中，虎头寺组（K2h）为灰、灰棕色含长石石英砂岩，面裂隙率4%～5%，地下迳流模数1.26～2.53升/秒·平方公里，属Cl-Na型水，矿化度最高可达253.94克/升。南新组（K1n）：紫红色细-中粒砂岩夹泥岩和砂砾岩，面裂隙率5%-14%，地下迳流模数3.03～6.10升/秒·平方公里，工作区内赋存裂隙承压自流水，属HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型水，矿化度小于0.1克/升。为工作区主要含水层位。景星组（K1j）分为上下两段，上段（K1j2）为紫红色泥岩夹砂岩，下段（K1j1）为灰白色、灰绿色砂岩与紫红色泥岩不等厚互层，面裂隙率1.23%～5.00%，地下迳流模数1.02～2.98升/秒·平方公里，属HCO3-Ca型水，矿化度小于0.3克/升。为工作区主要含水层位。

（2）构造。工作区构造以断层为主，主要有：F1断层：该断层北西起卓潘岩体，南东进入曲硐坝子，长约20公里。走向北西，倾向北东，倾角75°～85°，地表露头明显，破碎带宽45m～65m，破碎带中见硫磺，其角砾岩见水蚀现象，F2断层：北东向，倾向120，倾角80°，断层破碎带宽20m～50m。局部见较强蚀变，在曲硐温泉处与F1断层相交。F3：走向南北向，倾向正东，倾角65°～80°，地表露头明显，破碎带宽35m～55m，在曲硐温泉处与F1断层相交。

（3）岩浆岩。区内岩浆活动强烈，工作区北部为碱性卓潘岩体，出露于永平弧形断裂南西侧，沿大卓潘背斜侵入于白垩系砂岩中，为一浅成碱性岩体。呈近东西向长形状岩席产出，长约15km，宽5km，面积约40km2。岩体与围岩的接触面向南陡倾，倾角在45°～60°之间；南部较缓，东部由边缘向中心倾斜，倾角60°～70°。岩体剥蚀不深，脉岩发育，尚保留较多围岩俘虏体，内部节理发育，并呈放射状排列。目前发现的高岭土矿及矿点均分布在该岩体边缘的风化带中。

2.2 地球物理特征

工作区内主要岩性为砂岩、砾岩及花岗岩，构造以北西向及北东向的深大断裂带为主要的异常构造带。整体上看，砂岩岩的电阻率值变化较大，且深大断裂的电阻率值表现为较低值，主要是构造带破碎含水导致电阻率值大幅度降低；砾岩的电阻率较低，主要原因是孔隙率大含水性较高。而围岩相对于断裂构造带处出现电阻率值不连续的特征。因此，可以用电阻率区分识别构造，寻找隐伏的构造带及含水层。通过以上物性分析可知，工作区内的岩性存在明显的电阻率差异。构造与围岩之间，破碎岩石与未破碎岩石间，蚀变岩石与未蚀变岩石间，也存在较大的电性差异，而且脆性断裂、韧性剪切带、蚀变破碎带的出现，均可导致构造带与周围岩层(体)间出现明显的电性差异，因此，电阻率法勘探对于该工区比较契合。而基于电阻率参数的物探方法中只有使用电磁法才能实现深部勘探，同时为了避免人工源带入的附加效应，此时使用AMT测量比较切合实际。

3 野外工作及数据处理

（1）野外工作。本次工作使用中国地质科学院物化探研究所研发的DEM-V大功率多功能电磁法系统，采用标量测量方式，测点点距为20m，磁探头频率范围在1.95Hz～32KHz之间，接收电极为不极化电极。实际测量中，对于干扰大的测点，采用磁场远参考的方式观测数据，以确保数据的真实有效。

图1 云南曲硐地区音频大地电磁测深测量实际材料图

（2）数据处理。预处理：完成原始数据地采集后导出数据，用仪器相应的电脑软件查看时间域信号情况，随后将时间域信号转换成频率域曲线（FFT变换），经robust处理得到阻抗结果。曲线的圆滑：对曲线电阻率和阻抗相位连续性差的频点，进行编辑。根据干扰情况采取圆滑或剔除的方式，以保证高质量的频点数据。静态校正：对存在静态位移的曲线采用空间滤波等方式进行静态校正。

（3）反演解释。对处理完成的数据进行一维及二维反演，结合已知地质资料，推断解释反演结果。

4 成果解释应用

（1）CL01号剖面综合解释推断。CL01号剖面（图2）103号测点附近出现中阻异常，且往深部延伸较深，结合地质资料，该中阻异常与地质查明的F5构造带出露位置吻合，推测此异常为F5构造破碎带破碎含水所致；117号测点出现中低阻异常，且往深部延伸较深，结合地质资料，其他剖面综合考虑，推测此异常与测区内主要北西向主构造F1有关，为破碎构造含水所致；135～139号测点之间出现低阻异常，且在1400m标高处较为明显往深部则向两侧分开，结合地质资料，此异常与F2构造带位置较为吻合，为破碎构造含水所致。此外，在107～137号点-1350m～1500m标高出现平缓状低阻异常带，结合地质资料，推测该异常为地层界限和含水层所致。

图2 CL01号线AMT反演断面图

（2）综合地质分析及揭露成果。分析上述结果认为，本次测量的视电阻率异常分布特征能较好地反应地下地质体空间结构特征，异常位置与构造浅部出露位置吻合度较高，深部视电阻率异常显示构造深部延伸情况较好，而在107～137号点-1350m～1500m标高出现的平缓状低阻异常带，可能为层间裂隙发育的储水部位或断裂破碎带赋水的显示。据此，在115号点布设钻孔进行揭露，查明该低阻异常的性质特征。钻孔结果显示，在标高1436m处见地下热水，水温48℃，流量0.95L/s。

5 结论

本文通过音频大地电磁测深法在云南曲硐水资源勘查中的应用发现，该方法通过视电阻率异常能够较好的反应构造空间的展布形态，及地下有利的赋水构造或岩层。因此，在水勘查中应结合其它水文地质资料等，对勘查区进行综合分析和研究。