综合高精度磁法和电测深法工程物探案例

综合高精度磁法和电测深法工程物探案例

一、地形构造情况

广东某地区四面环水，海湾众多，沙滩绵延，怪石嶙峋。气候温和，山清水秀，空气清新，原始植被保存完好。该地区地形平坦，起伏不大，主要为丘陵地形。除海沟外，几乎全为花岗岩。因而决定了地下水类型主要为基岩裂缝水，目前岛上的饮水基本自给。
研究区主要经历了以下构造旋回：
加里东构造旋回
在早古生代本区处于准地槽活动时期，区内沉积着类复理石砂泥质岩石。加里东运动使下古生界生界产生强烈的区域变质和强烈的褶皱，并有花岗岩、花岗闪长岩的侵入，与此同时，沉积岩和侵入岩都发生了强烈的区域变质和超变质作用。
华力西-印支期构造旋回
由于在本阶段里造成的岩石出露极少，故其构造特征及褶皱形式很难看清楚。该构造旋回的末期印支运动将晚古生代的地层褶皱成规模宏大的过渡型的近似箱状的复向斜。
燕山期构造旋回
在中生代燕山运动显示出很强的活动性，准地台进入较强烈活动阶段。首先的一个特征是该地区晚三叠世到早侏罗世时期测区的东部和西北角急剧下降，并遭受短时期的海侵。其次，燕山各幕运动使各地层造成开阔的褶皱。构造方向除上三叠统及下侏罗统的地层继承了海西-印支构造旋回的构造线。再次，燕山期发育了强烈的而广泛的火山活动。至少有四期的酸性、中酸性岩浆的侵入，侵入方向大抵为东西向和北东向。规模由老而新逐渐增大，最后又小，在晚期仅成大岩墙小岩株状侵入。最后，就是北东向及切过它们的北西方向的区域性大断裂的发生，特别是北东向一组的断裂规模很大，断裂还控制了后期的小岩体侵入，南部山势也依次方向分布。
喜马拉雅构造旋回
下第三系、上第三系的断坳盆地类磨拉石砾砂岩、火山碎屑的沉积和山麓堆积，总厚度达1700米以上。早第三纪末都有一次轻微的构造运动，使上述岩层造倾角一般在20°以下的宽阔的褶皱，同时上、下第三系之间有一微不整合。在大盆地中还有波状起伏的小褶皱存在。本旋回的断裂活动多为小规模的正断层，但也有巨大的复活断裂产生。
早第三纪和晚第三纪有流纹斑岩及玄武岩喷发，在早第三纪之后还有小规模的热液活动，而造成本区脉状重晶石矿床。
 
  研究区地形图

二、地球物理勘察地热分布

本次地热地质调查野外工作时间共10天。，查明了研究区内火成岩分布及构造格局，对邻区地温泉成矿机制进行了解释，并最终建立了研究区初步的温泉成矿模型。
从野外地质调查情况分析，本测区岩性则较为单一，主要为燕山期第三期和第四期黑云母花岗岩。一般来说，花岗岩磁化率值也不高，但此二者磁性都属于同一数量级。根据普适经验，尽管花岗岩本身的磁性不强，但由于蚀变、交代活动，在岩体周围接触带部位，尤其是断层部位，常会生成一个磁性“外壳”——含磁性矿物的矽卡岩带，矽卡岩体由于可能含有磁性矿化，故在断层交界位置会出现一定磁性异常，这为我们在本区开展高精度磁测工作提供了相应的地球物理前提。
三、仪器选择
本次野外工作采用高精度磁法及直流电法相结合，高精度磁法采用扫面方式，直流电法布置在推测断层位置，垂直断层布置测线。
本次使用的高精度磁测仪器是加拿大GM公司出产之微机质子磁力仪，其分辨率为0.01nT，精度为0.1nT。该仪器系最新产品，性能稳定，全自动读数储存，操作便捷。所投入的三台仪器一致性误差为1.40nT，性能稳定，满足高精度磁测技术要求。
仪器的工作原理为：
质子旋进磁力仪利用富含质子氢的液体产生旋进信号。它使用的液体可以提供非常高的氢密度，并且在操作时没有危险。让极化直流电流通过绕在富含质子氢液体探头的线圈上，便会产生100高斯（Gauss）的辅助磁通密度。质子被极化至较强的净磁化强度，与较强的磁通密度达到热平衡。当辅助磁通终止时，被“极化“的质子即发生旋进而重新恢复为正常的磁通密度状态。根据以下公式，质子的旋进频率f0与磁通密度B（单位为特斯拉—Teslas,T）有直接关系："f0=(γp/2π)Bγp/2π=42.5763751MHz/T"对质子旋进的测量必须按序进行，即先有一个初始极化，接着进行频率测量，然后这个循环不断重复。这不同于在氢核被极化的同时进行旋进测量的连续测量法。

四、直流电法勘探技术原理

电法勘探是地球物理勘查方法中的一种，它以岩、土、矿石等介质的导电性、电化学活动性( 激发极化特性)、介电性和导磁性的差异为物理基础，使用专用的仪器设备，观测和研究地壳周围物理场的变化和分布规律，进而达到解决地质问题为目的的一组地球物理勘查方法。
在常用的电法勘查中有利用不同介质导电性差异为物性基础的电阻率法和充电法；有利用不同介质导电性和电化学活动性差异为物性基础的自然电场法和激电法；有利用不同介质导电性和导磁性差异为物性基础的电磁法。
本次投入的电测深法属于电法勘探的电阻率法。
电阻率是表征岩、矿石的导电性的参数，岩、矿石的电阻率与其组成矿物和所含水导电性、含量、结构、构造及其相互作用等有关。岩、矿石的电阻率测定公式：                  

式中△Ｕ为测量到的电位差，Ｉ为供电回路的电流，K为装置系数，ρ为电阻率，单位为Ω•m。
在地下岩石电性分布不均匀(同时赋存有两种或两种以上导电性不同的岩石)或地表起伏不平的情况下，若仍按测定均匀介质电阻率的方法，按上面电阻率公式计算结果称之为视电阻率，以符号ρs表示：

式中ΔU为测量电极间的电位差（mV）,I为供电回路中的电流（mA），K为装置系数（m）。
一般情况下，视电阻率虽然不是地下某一种岩石的真电阻率，但却是在电场作用的范围内，地下电性不均匀体的综合反映。视电阻率值与地下不同导电性岩石(或矿体、不良地质体)的分布状况有关，还与所采用的装置类型、装置大小、装置相对于电性不均匀体的位置以及地形有关。对于某一个确定的(不均匀)地电断面，若按一定规律不断改变装置大小或装置相对于电性不均匀体的位置，并按上式测量和计算视电阻率值，则测得的视电阻率值将按一定规律变化。电阻率法正是根据视电阻率的变化来探查和发现地下导电性不均匀体的分布，从而达到解决不同地质问题的目的。
电测深法是探测电性不同的岩层沿垂向分布情况的电阻率方法，该方法采用在同一测点上多次加大供电电极距的方式，逐次测量视电阻率ρs的变化，加大供电电极距可以增大勘探深度，因此，在同一测点上不断加大供电极距所测出的ρs的变化，将反映出该测点下电阻率有差异的地质体不同深度的分布情况。
本次电测深工作采用重庆奔腾数控研究所生产的WDJD-3型多功能电测仪，该仪器具有抗干扰能力强，灵敏度高，数字直接显示、同步检测背景干扰等优点。
最大供电电压为700V，最大供电电流为3A，供电脉冲宽度为1～60秒，占空比为1:1。
根据现场地形地物条件，电测深装置选择对称四极，测量电极采用一个6.25cm对数格内8个电极距系列，测量电极距为供电电极距的十分之一。
电测深工作的测量装置示意于下图。

个电极距系列，测量电极距为供电电极距的十分之一。

五、物探资料数据处理

高精度磁测剖面平面图采用原始数据用Surfer软件勾绘；高精度磁测平面等值线图用网格化数据计算机勾绘。推断解释图人工编制，所有图件最终在AutoCAD平台上进行编辑制作，平面等值线图为同时体现强弱异常采用了不等间距。反演模拟用中国地质大学刘天佑MAGS3.0重磁正反演解释系统进行，其中磁化强度的计算公式为： 。
上式中K为磁化率，单位为10-6×4πSI；T为地磁场（感应）强度，单位为T；
μ0=4π×10-7（H/m）；M为磁化强度，单位A/m。实际计算时对模型标注的磁化强度单位为10-2A/m。
数据处理的基本流程如下：
主要对平面数据进行了圆滑、网格化、化极、匹配滤波、解析延拓等处理。化极主要是突出磁异常体的中心位置，方便对磁异常体的位置的圈定；匹配滤波用于分离区域场与局部场；结合小波分解方法，分析了测区的断裂体系。在常规处理之后，还应用目前较热门的和处理前沿方法-二维小波多尺度分解方法和功率谱分析方法进行了数据再处理。其中延拓和小波多尺度是在化极的基础上进行的，目的是方便确定异常体的中心位置。反演应用了二度半人机交互方法。在二度半重磁反演之前，先用经验切线法、功率谱法求取矿体中心埋深。这样做是为了减少反演时的盲目性和多解性，同样，反演也是在化极的基础上进行的。
 
本项目区通过地热地质勘查，了解到了区内不同地层及主构造分界线；查明了区内地层，断裂形态、规模、产状及组合逻辑关系及查明测区深部地质构造情况；为成功地建立起测区的温泉资源模型提供有利的依据。