巖溶山區不良地質體多重地球物理勘探研究

楊梨 李濤 袁飛揚 雷梅 楊成艷 郭啟利 高穎

摘 要：巖溶山區不良地質體多誘發各類地質災害，需要開展地球物理探測。以六盤水地區為探測區，采用高密度電法和瞬變電磁2種探測技術探測巖溶地區不良地質體賦存規律。探測結果顯示兩種方法相互印證，查明了不良地質體區域。研究結果為工程建設提供了可信的地質資料。

關鍵詞：巖溶山區;不良地質體;高密度電法;瞬變電磁法

0 前言

我國滇黔桂為巖溶山區，巖溶山區地質災害多發，嚴重影響了人身和財產的安全。巖溶山區地質災害多由不良地質體誘發，因此需要開展不良地質體的探查研究。地球物理勘探技術是非接觸的探測技術，由于其勘探范圍大、費用低、實施方便等有點，國內外大量使用[1-4]。但由于物探技術的多解性，常常無法準確圈定不良地質體范圍。目前，國內多采用物探和鉆探綜合探查技術，或者多重物理勘探技術來嘗試解決這一個問題。

本次研究，就以貴州巖溶山區為地質背景，采用高密度電法和瞬變電磁兩種技術開展綜合地球物理勘探研究。

1 探查區地質背景概述

貴州省地處云貴高原，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，屬亞熱帶濕潤季風氣候。而六盤水市在貴州省西部的烏蒙山區，地跨北緯25°1944"至26°5533"、東經104°1820"至105°4250"，總面積9965平方公里，占全省總面積的5.63%，處于云貴高原一、二級臺地斜坡上，地勢對于貴州省內其他地區高，地形復雜，六盤水市中部因為北盤江的強烈切割侵蝕，導致地形起伏劇烈。一般地區海拔在1400至1900米之間。其地面最高點在鐘山區大灣鎮，海拔2845.7米;其最低點在六枝特區毛口鄉北盤江河谷，海拔586米。其相對高差2259.7米。以山地、丘陵為主，還有盆地、山原、高原、臺地等地貌類型。年均氣溫在13至14℃，1月平均氣溫3至6.3℃，7月平均氣溫19.8至22℃，無霜期在200至300天。其年降水量在1200～1500毫米。六盤水市表層為第四系巖層且厚度在0.8～31m，其巖層由黃褐色粘土、黑色亞粘土、灰黑色含礫粘土及淤泥為主。在第四系巖層下的基巖是石炭系灰巖，而且巖溶非常的發育，并且巖溶水極為豐富，單位出水量可以達到666～9600m3/d。其水位的埋深在0.8～12m，普遍具有承壓特性。隨著六盤水市國民經濟建設的發展， 城市不斷的擴大，人口的增多，作為城市工農業和生活水源的地下水的開采量日益增加對地下水的開采量以加大，地下形成了更多的不良地質體，嚴重影響了城市的發展。

2 高密度電法和瞬變電磁試驗設計

2.1 高密度電法設計

高密度電法是通過對各種巖（礦）石之間的導電性差異來進行觀測和研究與這些差異相關的天然電場或人工電場的分布規律，從而達到查明地下的地質構造或者尋找礦產資源的目的。因此我們對于查找巖溶地區不良地質體時就需要分析電阻率異常的點，然后根據異常值的大小圈定不良地質體的范圍。相對于其他電法，高密度電法的電極布設是一次完成的， 不僅減少了因電極設置而引起的故障和干擾， 而且在野外數據的快速和自動測量奠定了基礎。并且能有效地進行多種電極排列方式的掃描測量，獲得較豐富的關于地電斷面結構特征的地質信息。在野外數據采集中實現了自動化或半自動化， 不僅采集速度快， 而且避免了由于手工操作所出現的錯誤。可以對采集的資料進行預處理并且顯示剖面曲線形態， 脫機處理后還能自動繪制和打印各種成果圖件。并且高密度電法勘探成本低， 效率高， 信息豐富， 解釋方便[5]。

現場測量時需要測量主機和電極以及配有多道電極轉換器、多芯電纜和微處理機，采用目前國內用的高密度電阻率儀最常用的方法，只需要一根10芯電纜5根與所有電極相連接，使得電極通道轉換、測量和數據處理等工作均由筆記本電腦中的分布式智能化測量系統完成，從而實現了工作方式選擇、參數設置、數據處理及數據解釋等的自動化、智能化。

此試驗的目的在于查明巖溶山區不良地質體，沿著野外勘探工作可能存在的不良地質體的一段勘探路線的走向布置測線。采用高密度電阻率儀器，60根電極等間距2m布設，并且采用“三電位系統”觀測。工作示意圖如圖1所示，并記錄采集數據及成圖結果。

2.2 瞬變電磁勘探設計

瞬變電磁法的原理是在地表鋪設不接地線框或接地電極，輸入階躍電流。當回線中電流突然斷開時，在下半空間就會激勵起感應渦流以維持斷開電流前已存在的磁場。并且，此渦流場隨時間以等效渦流環的形式向下傳播、向外擴展，利用不接地線圈、接地電極或地面中心探頭觀測此二次渦流磁場或電場的變化情況，用以研究淺層至中深層的地電結構，進而達到解決地質問題的目的[6]。TEM是目前認為劃分風化層厚度以及圈定構造、破碎帶并且確定其產狀最有效的勘探方法。其工作原理如圖2所示。

在測量前首先要確定測量點周邊的環境和地表情況，避免在測量時造成數據不準確，并且通過實驗來選擇最合理的裝置以及測量時的供電電流，只要通過實驗確認過后，就不能在測量過程中變更裝置和供電電流，如果輕易變更就會對解釋和分析造成影響，測量的數據不可用。在進行現場測量開始前盡量去尋找已知地層的基準點來對儀器進行校準，以確保測量的準確性和可靠性。測量過程中隨時的記錄地表可見的巖石特征、測量裝置的傾角以及高程，方便在后續的解釋和分析中能準確的劃分地層構造。

沿野外勘探工作可能存在的不良地質體的一段勘探路線走向布置測線，點距2m。瞬變電磁探測起點、終點及測點布置如圖3所示。探測方向與地表面垂直;探測方向與野外勘探方向平行。

3 多重物探綜合分析及解釋

根據在勘探區域的瞬變電磁勘探、高密度電法的時間特性及空間分布特征來確定地質不良地質體的空間分布。相對于沉積簡單的第四系松散體而言，其視電阻率值變化均勻，但是遇到有巖溶發育時，其視電阻率相對較高。圖4為對應的測線高密度電法視電阻率斷面圖，在 44-49號測點之間，深度在20m 以下視電阻率值低，為典型的第四系巖溶發育異常的地段，且視電阻曲線表現為從上到下值在均勻變化;圖 5為瞬變電磁視電阻率斷面圖，從圖中可以看得出在 44-49 號測點之間， 深度在20m 以下其視電阻率值相對較高，為一典型的第四系巖溶發育異常的地段。因此通過瞬變電磁和高密度電法這兩種方法綜合分析解釋，去除瞬變電磁法的低阻屏蔽。兩種方法相互依托，互相彌補，才能最終準確的找出巖溶發育范圍的，從而提高解釋精度和勘探效率。通過對瞬變電磁法和高密度電法的資料綜合分析解釋， 推測出了在測區內巖溶發育帶的空間范圍。可見通過多重物探綜合分析及解釋的結果可靠。

4 結論

本文主要論述了瞬變電磁法和高密度電法綜合勘探探明巖溶山區不良地質體的存在及其形式。通過兩種物探的綜合探測更能準確的探測出不良地質體存在的準確度，相比物探的方法它們更方便，更經濟，更節省時間，以及探測規模大的特點。為避免巖溶山區發生地質災害能提前做出較有效的防治措施。

參考文獻：

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[2]馬瑞花，蔣喜昆.綜合電法勘探技術在探測奧陶巖溶水中的應用[J].中國煤炭地質，2013，25（05）：55-58.

[3]宋光升.瞬變電磁法研究地表水對淺部工作面回采的影響[J].煤炭與化工，2016，39（05）：85-88.

[4]胡建華，盧超健，趙家明.淺析巖溶地區工程地質勘察手段及應用[J].浙江建筑，2016，33（06）：17-20+31.

[5]馮曉知.常用電法勘探的原理及優點分析[J].大科技，2015（13）.

[6]曹莉蘋，古志文，謝小國.瞬變電磁勘探在煤礦水文地質專項勘查中的應用[J].四川地質學報，2014，34（02）：272-275.