ATEM-Ⅱ型瞬变电磁系统的实际应用

A TEM 2Ⅱ型瞬变电磁系统的实际应用林君,嵇艳鞠,于生宝,王忠,王静,王艳,周国华,吴国强(吉林大学国土资源部现代地球物理仪器开放研究实验室,吉林长春　130026)摘要:介绍了A TEM 2II 型瞬变电磁系统在矿产普查、大型矿山潜力资源探查、地下水勘察、城市工程勘察和地下活断层调查、矿井透水预测等领域的应用实例。

关键词:瞬变电磁;电磁法勘探;GPS 同步;应用实例中图分类号:P631.3 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2004)06-0496-04 瞬变电磁法以接地导线或不接地回线通以脉冲电流作为场源,以激励探测目的物感生的二次电流,在脉冲电磁场的间歇期间测量二次场随时间变化的响应。

这是一种观测纯异常的时间域电磁法。

与频率域电磁法比较,由于这种方法是在发射一次场源脉冲断电的间隙中进行的,不存在一次场源的干扰,而且脉冲是多频率合成的,不同延时观测的主要频率成分不同,相应时间的场在地层中的传播速度不同,调查深度也就不同[1]。

瞬变电磁法的方法与仪器技术在国内外发展十分迅速,应用领域不断扩大。

目前的主要应用领域包括:面积性矿产普查勘探、隐伏推覆体及断裂等地质构造探测、地质填图以及浅层石油构造填图等领域、煤田及地热田勘查、水文与工程地质调查、环境调查与监测、考古、干旱区地下水调查、市政工程、土壤盐碱化和污染调查、永冻土厚度调查、海洋工程地质勘查、海相碳酸盐岩与火山岩等地震难勘探区的油气勘查等。

在分析对比国内外研制与开发瞬变电磁系统的基础上,利用GPS 的授时信息和现代电子器件设计并实现了基于GPS 同步的A TEM 2II 型瞬变电磁系统,2002年以来,分别在矿产普查、大型矿山潜力资源探查、地下水勘察、城市工程勘察和地下活断层调查、矿井透水预测等领域开展了示范性应用研究和探索。

作者对其中的典型应用给予简要介绍。

1　在矿产勘查中的应用示例大兴安岭呼中区HS 257异常分布于中生代酸性火山岩区,由于土壤异常区面积大,化探勘探深度只在地表,不能准确确定矿体位置,而中梯激电测量的结果是在测区多处存在激电异常,为此应用瞬变电磁方法进行中深部探测以进一步确定矿体位置(图1)。

中梯激电采用的极距A B 为1000m ,极化率为6%～7%,通常是在铅锌矿较好的矿化体上探测,一般极化率不超过10%,并且铅锌矿同黄铁矿伴生。

中深部矿产资源勘查,采用A TEM 2II 型瞬变电磁探地系统探测的结果表明,在测点2360～2480m 、2940～3080m 、3200～3320m 处均有低阻异常,位于地下250m 左右,同中梯激电矿化率为6%～7%的测点相符,为火山岩地区勘探铅锌矿提供了新方法。

图1　大兴安岭呼中地区瞬变电磁进行矿产勘查实例收稿日期:2004-03-10基金项目:国家自然科学基金项目(No.40074045,40127003);国土资源部中国地质大调查项目(20002010002196)　第28卷第6期物　探　与　化　探Vol.28,No.6 2004年12月GEOPHYSICAL &GEOCHEMICAL EXPLORA TIONDec.,2004　2　在大型矿山潜力资源探测中的应用示例凤凰山铜矿田位于长江中下游铜陵多金属矿聚集区内的“S”状复式向斜中段,其中包括舒家店背斜及戴公山背斜的一部分。

矿田内凤凰山岩体周围出露地层从志留系到三叠系中统。

岩体出露面积近10km2、长轴近EW向的椭圆状岩株,主要为花岗闪长岩、石英二长闪长岩,形成于燕山晚期,与围岩为侵入接触。

野外勘探剖面长500m,强场源TEM野外工作采用方形重叠回线,回线面积为100m×100m,点距50m,仪器为吉林大学自行研制的A TEM2II系统,双发射机同时工作,线同步方式,密集均匀采样,采样率10μs,取样道为26道,延时时间0.0849～10.126ms,发射波形为双极性梯形波,基频25Hz,发射电流38.5A,由11.5A和27A叠加形成,关断时间为400μs。

矿区各类岩石电阻率较高的有花岗闪长岩、石英二长闪长斑岩、石英二长闪长岩、大理石和石榴子花岗闪长岩,在100～1000Ω・m范围内。

电阻率小于50Ω・m的有第三系覆盖区,含铜矽卡岩化闪长岩、含铜矽卡岩化花岗闪长岩的电阻率值一般在20～30Ω・m。

基于烟圈理论和一维层状大地进行了反演,反演结果如图2所示。

在强干扰环境下,与凤凰山铜矿在250m位置处的钻探数据基本吻合,勘探深度达到700m左右。

进一步验证了A TEM2II 系统在大型矿山接替资源勘探中的应用效果。

3　在地下水勘查中的应用示例内蒙古自治区正镶白旗水源地勘察工作,采用了核磁共振、地震、瞬变电磁、直流测深等多种探测方法。

在阿拉腾嘎达斯苏木有一自流井(井1),至2003年已经开采25年,成井时涌水量达3489.70 m3/d,目前自流量为600m3/d,5.7m降深涌水量为840m3/d。

该井涌水量不受年季变化影响,涌水量稳定,为资源评价提供了重要的依据,希望在自流井的周围找到新的水源地。

首先采用核磁共振方法进行了23个测点勘察,主要目的是圈定水源地富水区范围,根据核磁共振勘察结果,经研究在相对富水的19点布设1个钻孔(井2),钻孔深度200m,成井深度100m。

核磁确定的井2,在9.88m降深涌水量1.17m3/h。

日喷水量太小,不能满足缺水需求,于是在2002年11月进行地震勘察,实验勘探了4条断面,主要目的是查图2　大型矿山潜力资源勘查示范明储水构造及其规模。

根据勘察成果布设了另一探孔(井3),钻孔深度200m,下管成井深度158m。

确定井3的含水层在144～160m,厚约16m,自流量较小,在121.2m降深涌水量30.5m3/h。

针对核磁共振和地震勘探的情况,进行了3条TDEM剖面。

L1剖面通过井1(自流井),剖面长度400m,在L1剖面发现明显的低阻异常带,自流井位于低阻异常带的西边缘,解译结论低阻异常带为断裂带,断裂带呈直立高角度与地震勘测成果一致,深度约250m,宽度约180m。

L4剖面通过井3,剖面长度700m,发现明显的低阻异常带,解译结论低阻异常带为断裂带,断裂带呈直立高角度与地震勘测成果一致,深度约200m,宽度约550m。

井3位于低阻异常带的中部靠西,140m以上和160m以下为高阻层,说明含水层厚度薄,验证了井3喷水量小的原因。

L3剖面在L4剖面的北边220m左右,地形平坦,目的是选择合适的布井位置。

L3剖面长度850m,解译深度280m,在其ρs端面图(图3)上,发现2处明显的低阻异常带,解译结论低阻异常带为断裂带,其中东部16号点,解译深度160m左右,宽度300m左右,西部4号点,解译深度220m 左右,宽度300m左右,电性反映为100～130Ω・m。

根据勘察成果布设了井5(图3),孔深168m,下管成井深度158m。

根据钻探取芯和井内测井解释结果,含水层厚度约28.7m,类型为孔隙自流承压水。

井5在42.24m降深涌水量58m3/h,75m 降深涌水量100m3/h,涌水量可达2400m3/d。

・794・　6期林君等:A TEM2Ⅱ型瞬变电磁系统的实际应用阿苏木水源地的井1和井5,根据保守资源估算,可以满足3000m 3/d 的供水需求,能保证正镶白旗3000m 3/d 的需求,可开采30年。

自行研制的A TEM 2II 瞬变电磁探测系统在地下水勘查的有效性得到证实。

图3　正镶白旗L3视电阻率断面4　在工程勘查中的应用示例舟山大陆连岛工程位于浙江省东部的东海海域内,其中即将建成的西堠门大桥为跨度约1650m 的悬索桥。

2003年6月,采用瞬变电磁方法对舟山大陆连岛工程中即将建设的西堠门大桥的桥位区的塔、锚处的基岩中的断裂、破碎、裂隙等不良地质问题进行了工程勘探,探测深度在地表以下40～80m ,采用了A TEM 2II 型瞬变电磁探测系统。

图4是位于海中的老虎山上纵4线(北塔)的勘探结果。

老虎山面积不足200m 2,共有7条测线,纵4测线长140m ,测线基本延伸到海边,测点20m 处的边框线离海边仅有2m 多,测点150m 边框距海边不足3m 远。

勘探发现在测点130m (海拔26m )、距地表6m 处有一低阻体,推测为海蚀洞,最为明显的是测点80～120m 处(海拔28～29m )在海平面下有较大的海蚀洞,并且洞体走向从南向北,与钻孔资料一致,高密度电法有效的勘探深度只在海平面以下30m ,而且探测空白区比较大,采用研制的A TEM 2II 型瞬变电磁系统,不仅探到近地表的破碎洞体,而且有效勘探深度达到海平面以下80m ,弥补了高密度电法的不足。

5　结论A TEM 2II 瞬变电磁探测系统经过改进与完善,已经用于不同领域的地下目标探测,其中的强场源发射能力为解决大型矿山潜力资源探测提供了有效的技术支持,改进的浅层探测能力为城市地下活断层探查和近地表工程勘察提供了有效的技术。

通过图4　老虎山纵4线探测结果应用示例表明A TEM 2II 瞬变电磁可以在工程、矿产、地下水等领域应用。

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