高密度電阻率法各觀測裝置在某非金屬礦采空區的有效性試驗

■王 勇，夏 蓓，張 皓

■1.浙江省地球物理地球化學勘查院;2.浙江省工程物探勘察院;3.浙江省地球物理技術應用研究所;浙江 杭州 310005

1 區域地質

某非金屬礦采空區位于江山—紹興深斷裂帶南東側，麗水—上虞斷裂北西側，龍泉—遂昌斷隆區的北東段，武義白堊紀斷陷盆地北部。基底為陳蔡群變質巖系，其上覆地層為廣泛分布的上侏羅統巨厚火山巖及下白堊統內陸湖盆相沉積巖系。

2 地球物理前提

采空區與圍巖在物性上的差異是開展高密度電阻率法有效性的前提，采空體與圍巖在物性上存在電性差異:與圍巖相比采空區存在著較明顯的電性差異，或為明顯的高阻(空氣)或為明顯的低阻(被低阻物所填充，如水)，如果采空區相對埋深具有一定的規模，就容易被探測發現。

3 地球物理模型、野外測線布置及觀測儀器、裝置等

在進行有效性試驗前，對測線上高阻巷道的圍巖采用小四極法進行的物性測定表明:圍巖的視電阻率ρs最大為980Ω·m，最小為364Ω·m，平均值為660Ω·m，物理模型屬于低阻中的高阻。理論上選擇高密度電阻率法在該模型會取得較好的效果。

本采空區的采礦巷道規格2米×2米，位于48號點附近的正下方，埋深約8米。

測線與此采礦巷道呈小角度斜交，在測線范圍內的巷道規格為4米×2米(圖1)。

圖1 地球物理模型示意圖

儀器為重慶奔騰數控技術研究所產生的WDJD-2型多功能數字直流激電儀，采用α排列(AMNB)、β排列(ABMN)、三極(MN-B)、二極(AM)、偶極(AB-MN滾動)五種裝置，并分別采用1m、3m、5m極距進行觀測。

4 資料整理及數據處理

在各觀測裝置采集的數據錄入計算機后，進行地形改正、正演及反演等分析處理。正、反演過程中采用目前國際上較優秀的M.H.Loke博士設計的RES2DINV高密度電阻率法處理軟件。利用最小二乘法原理自動擬合測量資料的地下二維電阻率模型進行反演計算。根據地電條件、裝置類型以及正演模擬結果的分析，有針對性的進行高通或低通濾波處理，消除或減小表層干擾和由于極距變化引起的振蕩干擾。

正演、反演計算過程中進行減少邊塊效應、采用精細網格、建立電阻率模型等處理。

為提高對目標體的縱向分辨率，在本項目的數據處理過程中編制了縱向分辨率比值效應參數H的數據轉換程序，其中:

并對所在線MN-B裝置的觀測數據進行了轉換處理，取得較好的效果。(圖2)

圖2 MN-B觀測裝置

圖3 AMNB觀測裝置

5 取得的成果

多種裝置不同電極距的觀測結果進行趨勢比較，末發現不正常的畸變。野外觀測結果真實可靠，各裝置使用不同極距試驗成果表見表1。

表1 各裝置使用不同極距試驗成果表

經過本次試驗對各種裝置的特點得出以下幾點認識:

(1)AMNB裝置對異常的反應較為穩定，受地形及表層不均勻體的干擾小，位移也不大，異常中心與模型實際埋深對應較好。但異常幅值小，分辨率相對較低;

(2)偶極(ABMN，AB-MN)、三極MN-B，對異常反應的靈敏度高，特征清晰，尤其是AB-MN遇異常體觀測結果容易振蕩。異常中心的埋深與物理模型基本一致，但是三極MN-B在水平方向上會有向MN方向較大的位移，另外三極MN-B裝置需要布設一個無窮遠極，給野外工作帶來不便，降低了工作效率;

(3)A-M二極裝置探測深度大。相同的極距其勘探深度是其它裝置的數倍，在縱向上相對規模較小的地質體容易被忽視。另外要布置兩個無窮遠極也給野外工作帶來一定的困難。

(4)MN-B裝置H參數解釋:對于橫向分辨率較高的MN-B裝置，其反應的高阻巷道的位置在剖面上均有較大的位移，而且其規模也不容易控制，為提高裝置的縱向分辨率，以利于確定采空區的頂底界面，引進H參數。經過處理的H參數圖對采空區的反映較MN-B裝置的反演成果要清晰得多，無論是位置還是埋深都與已知采空區基本一致。

6 結論與建議

經過在本采空區的試驗工作，肯定了高密度電阻率法有效性。并在充分研究的基礎上兼顧經濟效益得出:

(1)高密度電阻率法中可選擇α排列(AMNB)、三極(MN-B)作為生產時的觀測裝置，必要時采用β排列(ABMN)進行觀測;

(2)電極距應根據目標體的洞徑埋深比靈活運用。

本次試驗的地球物理模型埋深較淺，配合本次試驗所開展的地質工作，僅是填制了地表的地質剖面圖，對深部的解釋推斷難起指導作用。

而物探工作本身具有多解性，只有掌握了更加多的邊界條件，才能得出更客觀的推斷結論。建議在出現異常的區段再輔以其他物探方法如淺層地震面波、反射波法加以佐證，或進行鉆孔驗證。