综合电法在地下矿产资源调查中的应用效果分析

2023年 7月上 世界有色金属217
综合电法在地下矿产资源调查中的应用效果分析
王 富，符彩花
（海南地质综合勘察设计院，海南　海口　５７０１００）
摘 要：
利用地球物理方法查明含水介质水文地质特征，其基本原理是不同类型或不同含水岩石或不同矿化度的水体之间存在物理特性上的差异。

为了解决在岩体发育地区地下矿泉水资源勘查的难题，论文采用地质与综合电法勘探技术相结合的方法，通过对地下电性结构与岩体储水裂隙的分析，明确了勘探靶区，确定有利的找矿部位，并对比已打钻孔揭露的地层含水信息，证明了综合电法技术在深部岩体矿泉水勘查中具有良好的应用效果。

关键词：
高密度电法；可控源音频大地电磁测深；矿产资源中图分类号：Ｐ６３１．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：
１００２－５０６５（２０２３）１３－０２１７－３Analysis of the application effect of comprehensive electrical method
in underground mineral resource investigation
WANG Fu, FU Cai-hua
（Ｈａｉｎａｎ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｉｋｏｕ　５７０１００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｕｓｉｎｇ　ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ－ｂｅａｒｉｎｇ　ｍｅｄｉａ，　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｉｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｉｎ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗａｔｅｒ－ｂｅａｒｉｎｇ　ｒｏｃｋｓ　ｏｒ　ｗａｔｅｒ　ｂｏｄｉｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓａｌｉｎｉｔｙ．　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｒｅａ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｄｏｐｔｓ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｗａｔｅｒ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｆｉｓｓｕｒｅ，　ｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｔａｒｇｅｔ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｄｅｆｉｎｅｄ，　ｔｈｅ　ｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｅｘｐｏｓｅｄ　ｂｙ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．　Ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｗａｔｅｒ．
Keywords: ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ；　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｕｄｉｏ　ｍａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃ　ｓｏｕｎｄｉｎｇ；　Ｍｉｎｅｒａｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ
收稿日期：
２０２３－０４作者简介：王富，男，生于１９８９年，汉族，海南海口人，本科，工程师，研究方向：地球物理学。

矿泉水属于水气矿产资源，是存于地壳内部，或地表埋藏于地下的液态物体，具有开发利用价值的矿物或有用元素的集合体。

矿泉水从一般地下深处自然涌出或经人工揭露、未受污染；含有一定量的矿物盐、微量元素或二氧化碳气体；在通常情况下，其化学成分、流量、水温等动态在天然波动范围内的相对稳定[1]。

矿泉水是在地层深部循环形成的，含有国家标准规定的矿物质及限定指标。

1 工作区水文地质与地球物理特征
1.1 地层
工作区区域内出露的地层主要有第四系全新统（Qh）和上更新统八所组（Qp3bs）、下更新统秀英组（Qplx）和上新统望楼港组（N2w），现自上往下简述如下：
第四系全新统（Qh）：分布于河流沿岸两侧，主要岩性为砾砂层、中粗砂层，细中砂层，为河流沉积。

上更新统八所组（Qp3bs）：分布于滨海平原区。

主要岩性为亚砂土、含砾亚砂土、砂，为海相沉积。

下更新统秀英组（Qplx）：主要隐伏于区内，局部地段出露。

为泻湖相沉积层，岩性为杂色粘土、粘土质砂夹浅灰色砂等岩性。

上新统新统望楼港组（N2w）：主要隐伏于区内，岩性为薄层细砂与蓝灰色粉砂质粘土、粘土不等厚互层，局部夹含砾砂岩、含砾泥质砂岩。

区域上岩性较稳定。

1.2 地下水类型及补、径、排条件
根据含水层介质和地下水赋存条件，工作区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水和块状岩类构造裂隙水。

1.2.1 第四系松散岩类孔隙水
区内大面积分布更新统地层，岩性以中细砂、细砂、粘土质砂等为主，颗粒均匀，结构松散，厚度不一且相对较薄，埋藏浅，富水性较差。

大气降雨和灌溉水是地下水主要补给来源。

滨海堆积平原区和冲洪积平原区地表多为松散的砂类土，有利于降雨和灌溉水的渗入补给[2]。

水位埋深受降雨影响较大；地下水径流、排泄受地形控制，地下水总体向海径流。

因埋深较浅，蒸发是排泄的主要方式之一。

1.2.2 块状岩类裂隙水
本区主要是花岗岩类。

如果岩体上部发育裂隙，而其下部有未风化的隔水完整岩体就可构成能蓄积地下水的空间。

蓄积水量的大小取决于裂隙连通性、裂隙的整体规模以及补给来源等。

若要在本工作区获得较大的地下矿泉水，块状岩类裂隙水是主要的勘查对象。

裂隙水以大气降水补给为主，其次为地表水下渗补给。

地下水径流、排泄条件受地形控制。

1.3 地球物理特征
电法（电磁法）资料解释主要根据电阻率的相对变化，
结合已知地质资料进行综合推断。

区域性岩石电性统计结果表明，区内岩体均为相对高电阻，而区内地下裂隙矿泉水大多由低阻矿物矿化，矿泉水多赋存于断裂破碎带或岩性接触带上，矿泉水和含水构造均显示相对低阻。

由此可见区内矿化体与围岩间存在一定的电阻率差异，因此在电法勘查基础上，在区内开展可控源大地音频测深和高密度电法勘查具有优势条件。

2 工作方法
依据物探理论及数值模拟技术成果分析为基础，以岩土的电性特征差异为前提，将野外采集的视电阻率数据进行反演计算，结合地质进行综合推断解译，从中了解工区岩土层的电性特征分布特征，较好的推断出基岩面的埋深及变化情况。

本次测量通过高密度电阻率法和可控源音频大地测深分别反演得出的电性剖面来对比分析工区内的电性结构，推断出最优的含水层裂隙位置，即低阻裂隙岩体[3]。

2.1 高密度电阻率法
2.1.1 工作原理
高密度电阻率法是以岩土体导电性差异为基础，观测和研究人工电场的分布规律，进而确定地下介质相关信息的一种阵列电探方法。

其原理与传统的电阻率法完全相同，均采用一定的电极装置，向地下发送人工直流电场，通过仪器接收直流电场流经地下不同地质体的电场信息，并对接收到的直流电场流经地下不同地质体的电场信息进行处理、分析解释，从而达到解决地质或工程问题的目的。

它可以一次布极的同时完成电测剖面和电测深两种形式的测量。

可采用多参数综合解释，弥补了常规电阻率法观测和解释中的不足。

本次使用重庆精凡科技公司生产的N2电法测量系统，布极方式采用温纳装置（对称四极），电极距10m，全周期正负供电，纵向跑极采集方式。

数据采集工作中通过仪器配套的N电法测量系统采集软件实现程控方式进行数据采集和电极控制。

2.1.2 数据处理
本次高密度电法数据处理使用电法专业程序RES2DINV 进行。

高密度电阻率法数据处理的内容包括数据格式转换、去除比相邻点高很多或低很多的坏数据点、地形校正、正演和反演计算，最后得到反演视电阻率剖面图。

高密度电阻率法的测量数据在处理方法上采用最小二乘法二维反演。

它的原理是通过不断调整初始模型参数使正演曲线与实际曲线之差达到最小，由此所得的最终模型参数作为反演结果，得到的模型也就作为实际测量所得到的地质模型。

视电阻率剖面图，可形象、直观地反映各测试剖面的地电断面电性展布趋势。

2.2 可控源音频大地电磁测深
2.2.1 工作原理
可控源音频大地电磁测深采用可控制人工场源，测量由电偶极源传送到地下的电磁场分量。

它通过沿一定方向（设为X方向）布置的供电电极向地下供入某一音频f的谐变电流I=I0e-iωt(ω=2πf)，在一侧60°张角的扇形区域内，沿X 方向布置测线，沿测线逐点观测相应频率的电场分量E x和与之正交的磁场分量H y，进而计算卡尼亚视电阻率ρa和阻抗相位Фz
：
Фz=ФE x-ФH y
式中，ФE x、ФH y分别为E x和H y的相位。

μ是大地的磁导率，通常取μ0=4π*10-7H/m。

在音频段逐次改变供电电流和测量频率，便可测出卡尼亚视电阻率和阻抗相位随频率的变化，从而得到卡尼亚视电阻率、阻抗相位随频率的变化曲线，完成频率测深观测。

本次可控源音频大地电磁测深使用仪器为美国Zonge 公司生产的GDP-32Ⅱ多功能电法仪系统。

本次CSAMT 施工频率采集范围由8192Hz至128Hz，共7个主频点，频率选择较大程度的避开了50Hz及50Hz倍频的人文干扰。

2.2.2 数据处理
压制数据中的各种噪声的影响，如仪器噪声、天然电磁噪声与人文噪声，或校正由地质噪声（静态位移、地形影响）以及非平面波引起的过渡区畸变等，从各种叠加场中分离、突出或增强地质目标体的场信息或趋势，以利于后续的解释。

（1）数据整理与转换。

数据整理是将野外实测数据通过删除那些噪声大或数据采集过程中出现误操作所记录下来的数据，生成*.raw数据文件。

数据转换是将编辑好的数据文件*.raw，通过数据处理程序转换成可为数据成图和可用于进行处理、反演的数据文件*.avg。

（2）数据编辑。

对卡尼亚电阻率而言，一是需将突变点的频点数据调到合理的水平；二是对干扰较大的曲线通过参考前后干扰较小的曲线调节，使曲线圆滑。

对阻抗相位而言，由于存在﹢π或-π的偶然性，故需先对阻抗相位进行﹢π或-π的改正，使曲线具有光滑性、规律性，然后再如处理卡尼亚电阻率一样对突变点、干扰较大曲线进行改动。

对卡尼亚电阻率和阻抗相位进行修正后，生成新的*.avg文件，用于静态位移校正。

（3）二维反演。

将处理好的卡尼亚电阻率和阻抗相位数据进行带地形的二维反演，得出电阻率剖面。

世界有色金属 2023年 7月上218
2023年 7月上 世界有色金属219
2.3 野外工作测线布设
该工作区域前期已施工5个钻孔，出水量均很小，不能满足矿泉水开采需要。

本次外业勘查工作布设高密度电法测量2条测线，南东走向的为G1线，北东走向的为G2线；布设可控源音频大地电磁测深2条测线，走向均为北东，较长的为K1线，较短为K2线。

本次工作实际材料图和已施工钻孔位置见图
1。

图1 物探工作布置图
3 物探资料解释
3.1 可控源测深推断解释
图2为高密度电法G1、可控源音频电磁测深K1线物探-地质综合剖面图。

图中纵、横坐标分别为深度和点号。

K1线长度1080m，北东走向，地形平缓。

浅部为第四系八所组、秀英组地层以及新近系望楼港组地层，基岩为花岗岩。

K1线纵向上看，剖面的电性特征整体分为上下两部分。

在深度0~35m 的浅部视电阻率以低阻为主，视电阻率值总体小于150Ω·m，推断为第四系、新近系及古风化壳的电性反映；在剖面的中深部视电阻率主要表现出高阻特征，视电阻率值大于300Ω·m，推断为较完整花岗岩的电性反映。

根据剖面所处地质环境，推断了覆盖层和完整基岩之间的界面，其起伏变化较大；覆盖层厚度不一，局部下凹。

剖面60~600号点之间，覆盖层厚度较稳定，平均厚度在20m 左右；剖面600~920号点之间，覆盖层底界面呈现连续的起伏，下凹处的宽度在50m~80m 之间，下凹最深可达35m。

在剖面1000~1080号点之间，分布一个凹槽状低阻异常，视电阻率值小于150Ω·m，等值线明显下凹，最深可达100m，结合地质资料，推断为裂隙发育部位Tr1的反映，倾角较陡，倾向北东。

3.2 高密度电法剖面推断解释
G1线长度1000米，南东走向，地形平缓。

浅部为第四系秀英组地层以及新近系望楼港组地层，基岩为花岗岩。

纵向上看，剖面的电性特征整体分为上下两部分。

在深
[1] 刘声凯,刘海飞,黄超等.水文地质调查与综合物探在赣南花岗岩地区
找水中的应用[J].地质与勘探,2021,57(03):584-592.
[2] 任磊,代涛,齐信等.综合物探方法在琼中地区地下水勘查中的应用
[J].华南地质,2021,37(03):321-329.
[3] 杨湘生.综合电法在黄花国际机场后勤基地找水中的应用[J].物探与化
探,2009,33(04):403-405.
度0~30m 的浅部视电阻率以低阻为主，视电阻率值总体小于150Ω·m，推断为第四系、新近系及古风化壳的电性反映；在剖面的中深部视电阻率主要表现出相对高阻特征，视电阻率值大于300Ω·m，推断为较完整花岗岩的电性反映。

剖面上450~1000号点基岩面逐渐加深，浅处约40m，深处约55m ；剖面150~450号点之间，有一凹槽状低阻异常，视电阻率小于100Ω·m，宽约200m，底部埋深约100m，推断为花岗岩中裂隙发育的部位，具有较大的储水空间，是剖面上较好的含水部位，编号
Tr2。

图2 高密度电法测量G1线物探-地质综合剖面
4 结论
可控源K1线0~700号点之间以及高密度G2线0~700号点之间，覆盖层埋深一般在0~35m 左右，厚度较为稳定，中深部花岗岩较完整。

两种方法相邻测线上所反映的地下电性特征吻合，说明本次物探结果可靠。

根据地质资料，物探测线之下的第四纪地层主要为秀英组和望楼港组地层，它们均为贫水地层，而完整花岗岩又不具备储水空间，因此推断K1线0~700号点间和G2线0~700号点间的区域，矿泉水贫乏。

K1线和G2线两侧已施工的5个钻孔水量均不大，与本次推断结果吻合，本次物探成果较好地反映实际地质情况。