EH-4大地电磁法探测地下暗河

EH-4大地电磁法探测地下暗河
王占孝;张国鸿
【摘要】通过一个实际工程勘查实例，介绍EH-4大地电磁法探测地下暗河的应用效果。

给出电阻率二维反演断面与地质勘探剖面的对应情况，并指出EH-4大地电磁法反演工作中存在的主要问题。

% With an actual engineering exploration as an example, this paper introduced the result of application of EH-4 in exploration of underground river, gave resistivity 2-D reversion section against geological exploration section, and pointed out major issues with EH-4 reversion.
【期刊名称】《安徽地质》
【年(卷),期】2012(000)003
【总页数】4页(P192-195)
【关键词】EH-4大地电磁法;地下暗河;应用效果
【作者】王占孝;张国鸿
【作者单位】安徽省地球物理地球化学勘查技术院,安徽合肥 230022;安徽省地球物理地球化学勘查技术院,安徽合肥 230022
【正文语种】中文
【中图分类】P694
（安徽省地球物理地球化学勘查技术院，安徽合肥 230022）
地下暗河一般是指发育在碳酸岩地区或赋水地层中的地下流动水体。

大多情况下，
它是由相互沟通的充水溶洞或断裂带引起。

因此，地球物理工作者可将其作为地下水为目标来进行探测。

我国是世界上激电法找水用户最多、效果最好的国家[1］。

所以长期以来，实际探测工作中大多使用（直流）激电法进行勘探。

然而，（直流）激电设备笨重、工作效率低，在野外地形条件恶劣情况下不宜使用。

同时它的探测深度直接与供电极距相关，因而随着勘探深度的增加，供电极距也要随之增大，致使探测的体积效应增大，分辨率降低。

大地电磁法属于频率测深的范畴，它的探测深度和分辨率与电磁场频率直接相关，频率高，探测深度浅、分辨率高；频率低，探测深度深、分辨率低；但由于均在远区（波区）测量，不存在体积效应问题。

近十年来，升级的EH-4大地电磁仪，高频部分采用了可控源，克服了高频信号弱的问题，同时仪器设备轻便，一般地质条件下探测深度可达1km，特别适用在电
磁干扰小的山区地形条件下工作。

探测区为湖南省江华县铜山岭有色金属矿区。

矿区为上世纪70年代勘探完毕的矿山，矿山早期水文地质勘探资料认为，S矿段水文地质条件复杂，存在地下岩溶暗河的分布，但具体位置、走向、埋深及其与下伏的矿体关系等情况不清。

为了矿山的安全生产，需查明S矿段范围内地下暗河的空间分布，为S矿段矿体的开采设
计提供依据。

2.1 自然地理条件
工作区海拔高程最大430m,最小300m,相对高差约130m。

区内虽无灌木、丛林，但荒草茂密、丛生，局部地段地形陡崖险恶，并有竹林分布（图1）。

2.2地质背景
探测区内第四系浮土之下基岩地层为一套泥盆系-石炭系的中厚层状灰岩、白云质
灰岩。

其下为燕山期侵入体，岩性以花岗闪长岩、花岗斑岩。

在花岗闪长岩的外接触带，硅化普遍发育、矽卡岩化也是普遍的，铜矿体位于花岗闪长岩与灰岩的内外
接触带上。

矿区具有南北向构造骨架，表现为南北向的复式褶皱及一系列的冲断面或压性断裂。

断层十分发育，有北北东向、北东向、北西向、东西向及南北向等多组分布，且相互切割。

其中南北向的F1断层规模最大，东西向的F12断层为张性断层，并切割F1。

见图2。

由以上工作区内分布的地层及其岩性分析可知，第四系地层的电阻率（ΡQ）、石
炭系地层的电阻率（ρC）、泥盆系地层的电阻率（ρD）和花岗闪长岩的电阻率（ργδ）之间，应具有如下逻辑关系：
ρD＞ργδ＞ρC＞ΡQ。

根据工作区内岩层分布结构，正常情形下，地电断面具有两大类型：
（1）Q→D→C→γδ层序：KH型；
（2）Q→C→D→γδ层序：AK型。

当泥盆系（D）或石炭系(C)灰岩中存在岩溶或破碎带时，应出现若干低阻层。

这
时电阻率测深曲线类型变得复杂，出现了大于四层的多层曲线。

有可能的地电断面类型为AKH、AAK、AKQH、AAAK等特征。

由于区内近东西向的断层为张性，所以它是导水断层，它在电阻率断面图中，对含水破碎带会出现与断层产状一致的条带状低阻异常或封闭型异常区。

根据已知的地质勘探资料，地下岩溶暗河通道存在两种类型。

一类是相互连通的岩溶；另一类是岩溶与断裂构造的复合型。

无论是哪种类型的地下水通道，在实际的地电结构层中，均应产生等轴状低阻闭合异常。

对于浅层开口型的溶洞，在地电断面图中，会呈现出漏斗状的低阻异常。

探测工作采取以EH-4大地电磁测深法为主，直流激电法为辅的技术方案进行。

4.1 探测工作部署
矿区以往水文勘探资料认为，S矿段内的地下暗河推测是由南北向转变为东西向的
“Г”形，另外F1和F12是主要的导水和充水断层，并且与地下暗河的形成起到
了至关重要的作用。

据此，布置E1、E2、E3和E4四条东西向剖面控制F1断层，用S0、S1、S2、S4四条南北向剖面控制F12断层。

剖面位置见图3。

EH-4大地电磁法测点距20m，测量电极距MN= 20m，构成首尾相连的EMAP
测量方式，此方式有两大优点：一是避免了剖面上观测的“盲区”，二是可以削弱部分静态效应的影响。

为了提高异常的可信度和校正频—深转换计算的误差，在
S2、S4剖面上以点距40m进行了对称四级装置的直流激电测深。

4.2探测结果
EH-4大地电磁法器探测地下目标体的基本原理是利用地中介质（岩矿石或水体）导电性（电阻率）差异为物理前提的。

由于地下水体的导电性要比完整岩石要好得多，所以，当岩石中孔裂隙发育并充水时，会造成电阻率减小。

显然，地下暗河或充水溶洞产生的低阻异常会更加显著。

4.2.1 典型剖面探测结果
图4是探测区S2剖面EH-4大地电磁法探测结果的电阻率二维反演断面图。

S2剖面是矿区一条地质勘探线，在剖面上由四个钻孔控制。

钻探结果表明（图5），在剖面北段埋深80m～150m之间打到了大小不等的溶洞，在埋深150m～200m之间见断层破碎带（F1）；在剖面南端深部见到F11断层。

由S2二维电阻率断面图可见，断面图北段上部显示为明显的低阻异常，中部电阻率等值线呈低阻异常扭曲；断面图南端表现一个电性变化的梯度带；深部呈高阻反应，高阻层顶面从南到北呈起伏延展，与下伏花岗闪长岩体分布基本一致。

二维电阻率断面地电异常特征与S2线地质勘探剖面基本吻合。

不尽完美的是，剖面北段F1破碎带位置
及剖面南端F11等断层位置虽然显现出了低阻异常，但异常不够明显，这是由于
F1破碎带和F11等断层均为压性断层，其赋水性差，电性差异小，因此异常不够明显。

4.2.2 地下暗河的探测结果
根据东西向E1、E2、E3、E4和南北向的S0、S1、S2、S4等八条EH-4大地电磁测量剖面探测结果，结合直流激电法S0、S4剖面的多参数（电阻率、极化率、半衰时、偏离度、综合参数）断面图，并充分利用矿区已知地质勘探剖面，在仔细分析、反复对比的综合研究后，我们对矿区S矿段地下暗河的空间分布进行了推断，推断结果经矿山专家评审得到业主的认可。

暗河平面分布推断结果见图6，暗河R1的走向纵断面见图7。

物探推断了两条地下暗河（R1、R2）其中，R1暗河存在多个通道，暗河R2基本是一个通道。

由图6可见，物探推断的地下暗河与原水文地质勘察S矿段的暗河位置、分布、结构差别较大。

特别是R1暗河具有多通道，因此它是S矿段内最主要的地下水体，对矿山开采威胁最大。

为了搞清R1暗河与下伏矿体的空间关系，根据八条EH-4大地电磁剖面反演资料沿R1暗河主干通道走向编制出纵向断面图（图7）。

由图7可见，R1暗河的底板距下伏花岗闪长岩接触带上的矿体约
200m，暗河与矿体之间岩石较完整，断层没有向下切割，因此R1暗河的存在对下伏矿体的开采没有影响。

工程实例结果表明，我们采用EH-4大地电磁法探测地下暗河取得了较好的应用效果,其成果已被业主作为矿区开采设计的主要参考依据。

由于大地电磁场源中的高频场源几乎完全是由雷电活动引起的，它的电场和磁场强度与雷电发生的地点到测点的距离有密切的关系，场强随频率的增加而逐渐下降［2］。

我们在对EH-4大地电磁法测量资料处理过程中发现，许多测点在频率f=2×103～104Hz的频段无信息，使80～200m的深度上缺失电阻率数值，因此在二维反演时会使异常发生畸变甚至造成假异常。

其次，利用EH-4“EMAGEM”数据处理软件，据已知地质勘探剖面和钻孔资料，在频—深转换或二维反演结果，地电断面的深度误差很
大，在实际工作中应给予重视。

【相关文献】
[1]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京:地质出版社,2005.
[2]陈乐寿,刘国栋.大地电磁测深研究[M].北京:地震出版社,1984.。