1、物探方法在地质勘查中的应用摘要:本文重点分析了利用瞬变电磁法和可控源音频大地电磁法,结合地震、已知钻孔等资料，查明矿区奥陶系灰岩、煤系及其以上地层不同等级富水区的赋存位置、范围和形态,以及断层的含水情况和导水性的过程，介绍了 TEM、CSAMT 技术的原理、工作方法及在矿区水文地质勘查中的应用效果。 关键词:电磁法；水文地质；地质勘查； 中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号： 1 物探方法及原理 1. 1 瞬变电磁法 瞬变电磁法(TEM) 以接地导线或不接地回线通以脉冲电流作为场源,激励探测目标感生二次电流,在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应。二次场从产生到结束的时间极为短暂,
2、属时间域电磁法。瞬变电磁法的物理基础是电磁感应原理,即导电介质在阶跃变化的激励磁场的激发下产生涡流场,如图 1 所示。 图 1 TEM 法工作原理示意图 瞬变电磁法与其它电法相比,具有体积效应小、等值范围窄、测地工作简单、分层和穿透高阻覆盖层的能力强等优点，可提供较多有用的地质信息。同时该方法对低阻反映灵敏,体积效应较小,易于突出低弱电阻率异常,利于区分本区的含水区和富水区。该方法主要通过对观测记录的参数 V2PI 进行自相关技术滤波处理后,按晚期或全期视电阻率、纵向视电导率及视深度的计算公式转换为全期 ( t) ,S ( t) 和 H ( t) 等参数,绘制出相应 ( t) , S ( t)
3、 及 H ( t) 断面与平面等值线图，这些图件即为资料定性与定量解释的基础资料。 1. 2 可控源音频大地电磁测深法 可控源音频大地电磁测深法(CSAMT) 是用不同频率的交流电按一定装置发射电磁波,借助于在地面上观测电磁场的振幅和相位,来研究地质问题的一种频率域电磁类勘探方法。电磁场具有趋肤效应，频率不同其穿透深度不同。高频时电磁场分布于浅层区域，低频时电磁场分布于较深区域，因此通过改变发射频率研究不同深度上的地质情况。可控源音频大地电磁测深法与直流电测深法相比,具有分辨能力强、各向异性小和能穿透高阻覆盖层等优点。根据测区地质资料, 选择合适的 ResSmth 参数,通过对卡尼亚视电阻率和
4、阻抗相位断面图的电性变化结合地质资料进行反演,最终经计算作出二维反演视电阻率断面图，再进行解释。 2 各地层电性特征及使用仪器及装置 测区内各地层岩性、电性特征见表 1。 表 1 测区内各地层岩性、电性特征表 采用 Zonge 公司生产的 GDP-32 型宽带多通道数字电磁接收机观测。为保证有足够的信噪比和探测深度，同时降低矿区干扰因素的影响，TEM 采用大定回线源装置，发射框采用 800 m 800 m 的正方形框，采用探头装置接收；CSAMT 采用赤道装置，采用测深的标量测量方式，水平方向电场(MN) 平行于场源(AB)，水平磁场垂直于场源布设，见图 2。 3 资料解释 资料解释遵循由已知
5、到未知、从点到面、从简单到复杂的原则。综合现有的地质、物化探、钻探、地震、水文等资料，结合野外实地调查，及时对已知资料进行定性或定量分析，研究电阻率与电性层的对应关系。瞬变电磁法实测曲线解释时，要注意区分由噪声引起的曲线畸变，排除其他良导体干扰造成的假异常，着重分析含水地层的含水性与曲线衰减特性之间的内在规律。 解释中,首先分析已知钻孔资料与 TEM 曲线的对应关系，总结出本区总的解释原则，再结合地震、地质资料和含水层视电阻率值的大小、层厚、埋深等因素，由点到线，由线到面，解释区内二叠系煤层顶底板和小窑采空区富水性及奥陶系灰岩含水层的富水情况，划分、圈定富水异常区范围及对测区内断裂构造导水性进
6、行评价。 图 2 CSAMT 法标量测量示意图 4 工程实例 4. 1 TEM 法勘查 从 h277 线断面图(图 3)可知,1940、2140、2260、2520、2900、3140 号点附近，视电阻率等值线出现下降趋势的扭曲变化，与地震推断的断层位置基本对应。图中断层下降盘附近呈现明显的低阻异常，故可推断为断层裂隙带形成的富水区。通过本次勘探工作,结合已知钻孔和地震资料,推断出了设计所要求的区内石炭系上统灰岩和奥陶系顶界面下 50m 灰岩的富水异常区，分析解释了断层的含水性和导水性，圈定了富水异常区范围，对测区内断裂构造导水性进行了评价。 点号 图 3 h277 线等视电阻率断面图 4.
7、2 某煤矿 CSAMT 法勘探 图 4 为 h164 线反演视电阻率断面图，由图可见，在石炭系灰岩和奥陶系灰岩地层埋深附近，电性曲线基本呈似层状分布，断面纵向由浅至深总体表现出 4 个明显的电性层。 点号 图 4h164 线反演视电阻率断面图 图 5 为 T140 线等视电阻率断面图，由图可见，在石炭系灰岩和奥陶系灰岩地层埋深附近，电性基本上呈似层状分布，4020 号点附近，等值线出现下降趋势的扭曲变化，与地震推断的断层基本对应。 点号 图 5T140 线等视电阻率断面图 通过本次勘探工作，结合已知钻孔资料，推断出了区内石炭系灰岩和奥陶系灰岩的不同等级富水区的赋存位置、范围和形态，基本查明了断层的含水性和导水性，消除了局部富水对煤田开采造成的安全隐患，确保了矿井持续、稳定、健康发展。 5 结论 介绍了 TEM、CSAMT 技术的原理、工作方法及在矿区水文地质勘查中的应用效果，结果表明综合物探方法在解决矿区水文地质勘查中是一种行之有效的勘探方法，可为矿井的安全生产提供技术指导和安全保证。 参考文献: 1牛之琏.时间域电磁法原理M.长沙：中南工业大学出版社，1992. 2蒋邦远.实用近区磁源瞬变电磁法勘探M.北京：地质出版社，1998 3汤井田.CSAMT 设计与应用中的几个问题.长沙：中南大学学报，2012
