利用綜合物探方法確定豎井巖溶發(fā)育情況的應用分析

農(nóng)觀海

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質勘查局地質礦產(chǎn)勘查院，貴州 貴陽 550005）

為了開采地下深部礦床資源，礦山擬在礦區(qū)實施豎井施工，為了探明豎井及附近地下巖溶以及破碎帶發(fā)育情況，為下一步進行深部施工提供地球物理依據(jù)，故對礦區(qū)擬施工井位區(qū)塊開展綜合物探剖面測量。

1 場地概況

測區(qū)位于貴州省福泉市英坪礦山內，地勢總體上呈東面高西面低，地形切割一般，總體上為低中山喀斯特地貌；測區(qū)內出露的地層主要有：燈影組白云巖，為本次勘查的目標地層；牛蹄塘組，主要巖性為炭質頁巖及白云質砂巖；明心寺組，主要巖性為頁巖和砂質泥巖。

由于受到區(qū)域構造的影響，因此測區(qū)內斷層構造、裂隙和節(jié)理較為發(fā)育。

2 工作原理

2.1 高密度電法

高密度電法亦名高密度電阻率法，是一種陣列式勘探方法，它具有一次布電極即可完成整條剖面多種裝置的數(shù)據(jù)采集以及通過求取視電阻率值等參數(shù)而突出異常信息，它是以地下巖土介質的電性的差異為基礎，主要是研究人工建立的穩(wěn)定電流場作用下在地下傳導電流分布規(guī)律[1]。在野外進行施工時只需將全部電極(一般是60根或者120根)布設于觀測剖面的各測點上，然后通過分布式或者集中式導線與電極連接，利用多路電極轉換器和二維高密度電阻率測量系統(tǒng)便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速、自動采集，當將測量結果傳輸入計算機之后，首先對原始數(shù)據(jù)進行一定的處理，比如剔除壞點、高程校正等處理，再通過二維反演就可以得到關于地電斷面分布的各種成果圖件。

2.2 音頻大地電磁測深 （EH4）

音頻大地電磁測深(EH4)又稱電導率成像勘探技術，是我國目前比較先進的一套電磁法探測系統(tǒng)，是以天然場作為主要場源，輔以人工磁偶極子產(chǎn)生的高頻電磁場來觀測垂直方向上的兩個電場分量(Ex，Ey)和兩個磁場分量(Hx，Hy)，進而通過公式求得XY(電場)、YX(磁場)兩個方向上的視電阻率隨深度變化的ρs—H曲線的變化情況[2]。

3 工作方法及地球物理特征

3.1 工作方法

本次物探方法采用高密度電法和音頻大地電磁測深這兩種物探方法。其中高密度電法使用重慶奔騰數(shù)控技術研究所生產(chǎn)的WGMD-4高密度電法系統(tǒng)，該儀器主要由WDJD-4多功能數(shù)字直流激電儀和WDZJ-120多路電極轉換器組成[3]。沿著測線方向進行一次性布線，一次性進行測量。

圖1 高密度測量二維反演視電阻率成果圖

本次測量主要采用參數(shù)如下：裝置：溫納裝置；道數(shù)：120道；電極距：5米；剖面數(shù)：39。音頻大地電磁測深采用美國EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合研制生產(chǎn)StrataGem電磁測深系統(tǒng)[4]。在野外實際施工時采用“十”字布極法，接地電極采用特制不銹鋼電極，其中x方向與測線方向一致，y方向垂直于測線方向，而且x方向和y方向誤差不能大于2o，x、y兩個方向上各布設一對。由于測量極距專用線長度限制（每根電道線總長25米），考慮測區(qū)內有部分測點處于地形較為陡峻山坡，我們選擇測量極距設為40米。

3.2 地球物理特征

通過電性測定，結合前期物探成果，該測區(qū)各地層巖石電性參數(shù)為：第四系履蓋層（即浮土層）的電阻率55Ω·m～243Ω·m，完整白云巖的電阻率560Ω·m～8965Ω·m，無物質填充的溶洞電阻率3590Ω·m～47000Ω·m，含水豐富的裂隙、巖溶發(fā)育的白云巖段的電阻率43Ω·m～325Ω·m。

綜上所述，巖溶發(fā)育段與圍巖之間都存在較為明顯的物性差異，具有開展物探電法測量工作的前提條件，而含水裂隙豐富的白云巖段及巖溶發(fā)育段與第四系覆蓋層視電阻率特征差異不是很明顯。當淺部存在巖溶發(fā)育時，與第四系覆蓋層很難進行區(qū)分，因此，在后期的異常解釋中要結合實際情況進行異常推斷。

4 成果資料解譯與驗證

圖1為高密度電法測量反演結果，豎井位于剖面地表平距300m附近，由圖可以看出，在平距約150m～420m附近，標高1180m以下出現(xiàn)一馬鞍型的高阻區(qū)，初步推斷為基巖區(qū)域。

在地表平距約200m～300m附近，標高1170m附近出現(xiàn)水平串珠狀的低阻異常，推測低阻區(qū)可能存在巖溶發(fā)育。根據(jù)前期探測孔揭露，地表以下40m～60m發(fā)現(xiàn)巖溶發(fā)育，與高密度電法測量成果較為吻合。

圖2（a）為EH4反演擬斷面圖，從圖中可以看出，在地表平距140m～200m下方約200m附近出現(xiàn)電阻率等值線錯動的現(xiàn)象，推測可能是由于斷層破碎引起的低阻異常；在地表平距120m～220m，埋深約300m處有一封閉的低阻異常，推斷此處存在較大規(guī)模的巖溶發(fā)育，也有可能是地層接觸面上飽含水引起的。由圖2（b）剖面地表平距190m附近施工的前期探測孔柱狀圖，由圖可見，地表埋深180m附近發(fā)現(xiàn)巖石比較破碎，溶洞較為發(fā)育；地表埋深270m附近是燈影組白云巖和陡山沱組板巖的地層分界線，該處存在地下水匯聚，與EH4反演結果（圖2（a））出現(xiàn)了反演成果基本吻合。

圖2 音頻大地電磁測深反演擬斷面圖及鉆孔柱狀圖

5 結論

（1）通過在本測區(qū)豎井附近采用綜合物探方法進行測量，和后期施工鉆孔資料較為吻合，實踐證明，綜合物探方法在喀斯特地區(qū)尋找?guī)r溶發(fā)育區(qū)段是經(jīng)濟、有效的一種方法，值得推廣。

（2）高密度電法探測淺部巖溶、斷層發(fā)育情況，再輔以音頻大地電磁測深探測深部電阻率異常體（溶洞、斷層）的空間分布情況，取得較好的探測效果。

（3）實踐證明，在工程勘查中，如果單純利用一種物探方法，往往不能取得很好的勘探效果，但是將多種物探方法聯(lián)合使用卻往往可以達到事半功倍的效果。