庐江县龙桥铁矿线电阻率断面图及地质解释

视电阻率测深~

3.3.3.1 方法简介
3.3.3.1.1 基本原理
以地下不同岩矿石的电阻率差异为基础，建立人工电流场，并以不同的极距观测同一测点在不同深度处岩矿石的视电阻率；通过研究地电断面，查明地质构造或解决与深度有关的地质问题[2]。
3.3.3.1.2 应用范围及适用条件
主要适宜于解决具有垂向电性差异、产状近于水平的地质问题。常用于探查：覆盖层厚度；基岩起伏；隐伏的断层；划分不同电性层，并确定其埋深和厚度；探查地下溶洞，寻找含水层等。
视电阻率测深法的应用，应满足下列条件：探测对象与围岩或其他地质体之间存在较明显的电阻率差异；探测对象产生的电阻率异常能从干扰背景中分辨出来。若接地条件严重困难、地形影响大、地电断面中存在强烈的电性屏蔽层、有强大的工业游散电流时不宜安排视电阻率测深。
3.3.3.1.3 工作布置原则与观测方法
测线应尽量垂直于勘查对象的走向，并尽可能避免或减小地形影响和其他干扰因素的影响，对局部不均匀地质体，应设计不同方位的主测线与旁测线。
常用的视电阻率测深装置有：对称四极、三极、环形测深和五极纵轴测深装置。
对称四极法：使用最多的一种装置。←AMNB→。供电电极AB和测量电极MN均对称于测点布设，AB距按一定要求逐渐增大，MN距根据AB距的变化进行调整。每改变一次供电极，计算一个视电阻率值，这样就可获得一条反映不同深度电性变化的视电阻率测深曲线。
三极测深法：一般遇到因地表障碍物(如河流、冲沟、峡谷等)而无法加大极距的情况时，可采用三极测深法。←AMN∞。B极置于无穷远，A极逐渐增大，MN距根据AO距的变化进行调整。当电性层水平且均匀的情况下，三极装置与对称四极装置的测量结果完全相同。
环形测深法：是在地表某点利用对称四极装置进行的多方位测量，相邻方位之间的夹角一般为45°。观测结果用ρS极形图表示。
五极纵轴测深法：一般对非层状地质体如溶洞等的探测，五极纵轴测深法有较好的勘探效果，具有分辨率强、曲线直观、解释简单等优点。供电极A置于地表测深点处，以A为原点，两侧与其相距为L处设供电电极B1、B2，电极距L=AB1=AB2。沿纵轴方向布设测量电极MN，依次移动测量电极，逐点观测电位差和电流后便可计算各点视电阻率，所测视电阻率的变化就反映了测点下方一定深度范围内地质体的存在及电性变化。
3.3.3.1.4 资料整理及成果解释
检查验收合格的观测资料，编绘系列基础图件：电测深曲线图(册)、等视电阻率断面图、地电断面图、环形测深极形图、综合剖面图及地质推断解释成果图等。
资料解释分为定性解释和定量解释，定性解释可以给出测区内电性层的分布及其与地质构造的关系；定量解释，则可获得电性层的埋深及厚度。首先应研究测区电性参数，除收集、实测区内的地层、岩石电性参数外，有条件时应对区内的已知钻孔进行孔旁测深，以获取可靠的电性资料，为定性、定量解释提供依据。
定性解释主要是根据系列图件的综合分析，来确定测深曲线反映的地电断面类型与地质分界面的关系，建立测区内地电断面变化的初步概念。形成：曲线类型图、ρS等值线断面图、ρS等值线平面图等。
定量或半定量解释主要是获取测区内地层、构造产状和目标地质体的定量资料，确定电测深曲线所反映的各电性层的厚度、深度和电阻率。主要有量板解释法，计算机正、反演计算法及模型半定量解释法等。
岩溶裂隙带由于发育不均匀，复杂多变，层理不清，往往不能构成完整的电性层，而只是使电测深曲线产生异常变化或拐折现象。随着岩溶发育的程度不同，电测深曲线在正常上升时出现轻微的跳跃或呈锯齿状、台阶状，以至构成明显的低阻拐折段，甚至出现低阻电性层等。当采用非等比装置时，曲线接头脱节不正常，出现大张口、交叉或喇叭口等现象。因此在碳酸盐岩地区，电测深曲线的这些特征常是判别岩溶存在和发育程度的标志，根据曲线异常点或拐点部分对应的AB/2极距与岩溶发育带埋藏深度H之间的关系的经验公式：H=(0.8-1)AB/2[3]，可以近似地确定岩溶发育带的埋藏深度，以及按ρS的变化，大体估计岩溶、破碎带发育程度和划分相对富水地段等。但是在高阻的灰岩地区，相对低阻的异常和电测深曲线的畸变，并不总是岩溶的反映，如泥质灰岩、低阻夹层、倾角大的岩层接触界面、地形及电性不均等干扰现象，也能引起曲线的变化。因此，只有密切结合具体情况，充分掌握地质、水文地质、岩层电性及地形等方面的资料进行综合研究，才能取得正确的解释。
3.3.3.2 试验情况
主要用于查明研究区一定深度范围内地层、构造、水文地质结构、岩溶发育的垂向分带和水平分带特征及富水性。本次试验共选择了5个实验点，布置电测深剖面27条，视电阻率测深294点，环形测深5点。实测结果，基本查明了区内250m深度范围内的地层结构、埋深与分布，结合区域水文地质资料，分析研究了5个实验区岩溶发育特征及其富水性，总结了泸西小江流域岩溶及水文地质特征与电性特征的对应规律，建立了地电特征的解释模型，优选了10个最佳取水孔位，最后通过多方法综合研究，布置了5个检验井，钻孔深度150～200m，均打到地下水，取得较好效果。
本次实验使用WDJD-1型和DZD-3型多功能数字直流激电仪，采用对称四极装置，最大极距AB=1000m，供电时间5～10s。
3.3.3.3 主要成果
首先在三家村苗圃钻孔、大兴堡烟草站干孔及大衣村泉点布置了3个已知孔旁、泉旁的电测深试验点。三家村苗圃钻孔，电测深ρS曲线为A型(图3-4)。据收集的情况，溶孔发育、富水性强的岩溶带位于12～18m段，视电阻率曲线为角度约18°的平缓的上升曲线。大衣村路旁泉点的电测深ρS曲线(图3-5)呈A型，AB/2小于42m的前支曲线上升角度基本为24°～36°，反映岩溶总体为中等发育带，尾支视电阻率曲线上升角度大于40°，反映岩体完整。大衣村泉旁电测深曲线总体反映岩溶发育弱，表明泉点的溶隙、裂隙发育，水力联系较好，地下水位埋藏浅。

图3-4 泸西小江流域三家村苗圃钻孔孔旁电测深曲线图

根据实测曲线，结合当地的水文地质特征，归纳总结了泸西小江流域岩溶水文地质特征与电性特征对应模型表(表3-4)。
大衣村、万亩果园实验点，位于泸西岩溶盆地上游溶丘台地槽谷、峰丛洼地区，水文地质条件好，岩溶地下水补给面积大、水量丰富，水位浅，局部有泉点出露。电测深结果显示，岩溶以中等发育(Ⅱ)为主，顶部埋深几米到几十米，万亩果园实验点可达100m以上。
三家村、大兴堡实验点，位于泸西岩溶盆地下游溶丘台地区，岩溶发育程度受区域水文地质条件制约，呈不规则的分带性，越往南富水性差异越大。电测深结果显示，三家村实验点受西侧三家村断层的影响，局部发育岩溶强发育带(Ⅰ)，其他以中等发育(Ⅱ)为主。而位于盆地富水块段南缘的大兴堡实验点，除工区北部4线414～560号点岩溶为中等发育(Ⅱ)外，其他测线测深曲线反映，除浅部混砾粘土和基岩顶部强风化裂隙带含水外，基岩风化带以下ρS曲线上升角度皆大于39°，与大兴堡烟草站干孔的孔旁测深曲线特征相似，表明大兴堡村以南深部岩溶以弱发育(Ⅲ)为主，未探测到岩溶管道。

图3-5 泸西小江流域大衣村泉点旁电测深曲线


表3-4 泸西小江流域岩溶水文地质特征与电性特征对应模型表

丁合村实验点位于泸西岩溶盆地上游西部边缘山地与盆底的接合地带丘陵区，岩溶发育不均匀，水文地质条件复杂，盆地边缘地带无泉水出露，属于埋藏型隐伏的岩溶水源地。电测深曲线复杂，剖面ρS曲线横向变化大，表明岩溶发育极不均匀。视电阻率测深结果推测Ⅰ剖面450号点附近埋深56～96m为岩溶发育带，与钻孔验证深69.0～70.0m的溶蚀强烈的含水层段基本吻合，只是推断的岩溶发育带比钻孔验证的含水段范围大。
全区电测深ρS曲线类型以A型为主，部分为KHA、HA型等。由电测深剖面图中可看出，上部横向变化较大，成层性差，反映了岩溶不均匀、横向连通性差；深部曲线水平层状分布，表明岩溶具有水平发育和连通的趋势。图3-6是大衣村9线电测深工作成果，图中90、330和510号点都是测深曲线形态发生变化的部位，表明地层电性横向发生了变化，而且断面图中也有清晰的显示。从曲线起始点ρS值的变化也反映了地表的电性差异，330号点以西，ρS小于100Ω·m，以东ρS大于190Ω·m，说明西部第四系覆盖层厚，东部第四系覆盖层薄，部分地区灰岩层近于裸露。45号点首支ρS值很低，为18Ω·m，这是由于该点位于路边覆盖有较厚的铁矿渣上，受其干扰造成浅部电阻率降低，曲线产生畸变。总体剖面上部岩溶不均匀、横向连通性差；中深部岩溶具有水平发育和连通的趋势。
全区环形测深试验点布置在大衣村2个、三家村3个。
大衣村环形测深ρS极形图总体呈似等轴状，长短轴之比为1.1～1.3，显示岩溶发育方向不明显，相对较均匀(图3-7)。
三家村3个环形测深点，ρS极形图呈长条状，长短轴之比为2.2～4.0，显示岩溶发育方向明显，不均匀(图3-8)。并且同一条剖面相距100多米的测深点，其环形测深点反映的岩溶方向差异较大。如587/2点位于三家村断层东侧，ρS极形图AB/2=18m时，为圆形，主要反映浅部均匀的覆盖层。AB/2大于150m以上时，长轴方向为125°～305°的北西南东向，说明岩溶发育方向主要是受节理裂隙发育方向及发育程度的控制。407/2点位于三家村断层西侧，ρS极形图AB/2=18m时，为圆形，同样反映的是均匀的覆盖层。AB/2大于100m以上时，长轴方向为10°～196°近南北向，岩溶发育与节理裂隙有关。102/2点位于三家村以西，浅部AB/2=18m时，为圆形，反映的是均匀的覆盖层。AB/2大于100m以上时，ρS极形图长轴方向为50°～230°北东南西向，岩溶发育主要受构造、岩性控制。
上述资料表明，小江流域泸西岩溶盆地上游，岩溶发育较均匀，而下游岩溶发育方向性明显，不均匀。
据5个实验点钻孔验证，大衣村90/9点电测深推断的岩溶发育富水层与钻孔基本吻合(图3-9)，钻孔揭露深度内岩溶发育，多以溶隙、溶孔的形态存在，地下水类型为岩溶潜水，孔深160m，最大涌水量Q=483.43m3/d。万亩果园基地90/10点电测深推断的结果与钻孔验证结果总体吻合，局部略有差异，浅层粘土层与基岩顶部泥质充填的白云岩层，电测深推断解释结果合为一层，分层解释的深度偏浅，相差约20m。电测深推断的含水层深度为63～130m，钻孔验证深度83～200m为含水较丰富的白云岩层。全孔上部岩溶发育，以溶隙、溶孔为主，下部岩溶不发育。地下水类型为岩溶裂隙水，孔深200.01m，最大涌水量Q=308.45m3/d。三家村102/2点电测深推断的富水层与钻孔大部分吻合，钻孔揭露深度内岩溶不发育，岩体节理、裂隙发育，地下水类型为岩溶潜水，略具承压性。孔深150.24m，最大涌水量Q=406.94m3/d。大兴堡480/4点电测深推断的富水层与钻孔验证结果总体一致，局部因干扰影响有差异(图3-10)，电测深ρS曲线推测120～150m的岩溶强发育带是地表水管的影响所致。该实验点揭露深度内岩溶不发育，岩体中节理、裂隙发育，地下水类型为岩溶裂隙水，略具承压性。孔深150m，最大涌水量Q=782.55m3/d。丁合村实验点物探成果经综合研究与分析，推断浅层为10m厚的砂岩、泥岩，与钻探验证的0～1.80m为褐黄色粘土，1.80～8.50m为法郎组灰黄色薄—中层状泥岩夹粉砂岩较为接近；而推断10～40m的泥岩、页岩段，钻孔揭露8.50～150.60m为灰、浅灰色泥-粉晶中-厚层状灰岩、白云岩，岩石坚硬。可见泥质灰岩与泥岩、页岩都表现为低视电阻率，用电阻率法是无法区别的。孔深69.0～70.0m，溶蚀强烈，呈蜂窝状和溶洞，为主要的含水层段，与物探推测的56～96m的岩溶发育段基本吻合。孔深101.30～116.40m，节理裂隙较发育，溶蚀现象微弱，也是主要的含水层段。孔深150.6m，最大涌水量Q=848.45m3/d。

图3-6 泸西小江流域大衣村9线电测深综合剖面图


图3-7 泸西小江流域大衣村环形测深ρS极形图


图3-8 泸西小江流域三家村环形测深ρS极形图

3.3.3.4 结论
综上所述，所实施的实验点钻孔揭露深度内以发育溶隙、溶孔为主，主要含水层为个旧组白云岩。泸西岩溶盆地上游岩溶发育方向不明显，下游岩溶发育方向显著，并受构造、区域地下水径流的影响，不同部位方向不同，三家村西侧岩溶发育方向为北东向、南侧近南北向、东侧为北西向。所推断的富水层，大部分与钻孔结果吻合，电测深方法在岩溶地区寻找地下水，是最为有效的方法之一。
当存在干扰，如泥质充填，钙，铁质浸染，地表水管等因素，往往视电阻率测深推测的深度存在较大误差，甚至影响了岩溶强弱的分层，还须借助其他物探方法综合解释。

图3-9 泸西小江流域万亩果园90/10电测深曲线图


图3-10 泸西小江流域大兴堡480/4电测深曲线图

频率测深曲线的解释与其他测深法视电阻率曲线的解释方法基本相同，可用量板法，也可用电子计算机进行，目前多采用后者。与大地电磁测深相比，频率测深野外资料不需 复杂的处理过程就可获得实测曲线，并可直接进行解释。
根据频率测深的特点，适于高阻屏蔽下岩石导电性的研究，那是因为高阻层中电磁波 衰减较小，勘探深度大。前苏联用频率测深法研究基底构造的深度可达20～30km，图4-60是在乌克兰维尼茨地区，为研究结晶基底构造所测得的典型K型曲线，所用供电 频率为0.22～1083Hz，收发距为4.15km，解释结果发现了顶板埋深为4500m的良导电层。

图4-60 维尼茨地区的K型频率测深曲线

图4-61是二道白河—两江剖面频率测深的部分结果，其发收距为2900m，视电阻率 断面图较好地反映了该区地质构造特点，其中突出的是13号和19号两点处的断层，明显 的标志是视电阻率等值线密集而陡立，而且两侧视电阻率值有明显差异。15号点曲线的 解释结果为ρ1＝80Ω·m，ρ2＝25Ω·m，ρ3＝100Ω·m，三个电性层分别与土门子组、白 垩系及侏罗系三个地层相对应，此外15号点曲线反演得出的前两层总厚度为750m，与其 附近600m深钻孔未穿透白垩系地层的具体情况相对照，说明上述解释是基本符合实 际的。

图4-61 二道白河—两江剖面频率测深部分成果（视电阻率等值线单位：Ω·m）

测线有9个勘探钻孔，控制深度约为标高-500 m，最深达标高-800 m。钻孔勘探剖面所揭示的主要为侏罗系砖桥组（J₃zh）与龙门院组（J₃l），地层向小号方向缓倾，火山碎屑岩为主，岩性复杂。侏罗系砖桥组约在标高-100 m上方，对应电阻率300～900 Ω·m；标高-100 m～-500 m之间为侏罗系龙门院组，中间夹有一层粗安斑岩（ταπ），对应电阻率＜700 Ω·m；下方为角岩化蚀变带（Hf），对应电阻率为700～3000 Ω·m，钻孔大都在角岩化蚀变带附近终孔；ZK2204、ZK2201 钻孔见黑云母二长岩体（Biη）终孔，对应电阻率＞3000 Ω·m。矿体位于角岩化蚀变带上方侏罗系龙门院组内。

图1 龙桥铁矿建模CSAMT勘查22线视电阻率（Ω·m）断面图

1025/22至2375/22点间上部电阻率300～900 Ω·m区是侏罗系砖桥组，以喷溢相沉积为主，电阻值相对龙门院组略高。下部阻值小于700 Ω·m区域为侏罗系龙门院组及粗安斑岩夹层，矿体位于电阻率等值线梯度带附近，即龙门院组与角岩化蚀变带接触带附近。龙门院组下部电阻率值700～3000 Ω·m，为角岩化蚀变带（Hf）；底部电阻率值＞3000Ω·m，为黑云母二长岩体（Biη）。

结论：CSAMT法能清晰地反映侏罗系火山碎屑岩与角岩化蚀变带电阻率梯度带，矿体位于梯度带附近的龙门院组。

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