利用綜合物探方法確定豎井巖溶發育情況的應用分析

農觀海

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局地質礦產勘查院，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育情況，為下一步進行深部施工提供地球物理依據，故對礦區擬施工井位區塊開展綜合物探剖面測量。

1 場地概況

測區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。

由于受到區域構造的影響，因此測區內斷層構造、裂隙和節理較為發育。

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據采集以及通過求取視電阻率值等參數而突出異常信息，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定電流場作用下在地下傳導電流分布規律[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便可實現數據的快速、自動采集，當將測量結果傳輸入計算機之后，首先對原始數據進行一定的處理，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，是以天然場作為主要場源，輔以人工磁偶極子產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控技術研究所生產的WGMD-4高密度電法系統，該儀器主要由WDJD-4多功能數字直流激電儀和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如下：裝置：溫納裝置；道數：120道；電極距：5米；剖面數：39。音頻大地電磁測深采用美國EMI公司和Geometrics公司聯合研制生產StrataGem電磁測深系統[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，該測區各地層巖石電性參數為：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、巖溶發育的白云巖段的電阻率43Ω·m～325Ω·m。

綜上所述，巖溶發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。當淺部存在巖溶發育時，與第四系覆蓋層很難進行區分，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以下出現一馬鞍型的高阻區，初步推斷為基巖區域。

在地表平距約200m～300m附近，標高1170m附近出現水平串珠狀的低阻異常，推測低阻區可能存在巖溶發育。根據前期探測孔揭露，地表以下40m～60m發現巖溶發育，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附近出現電阻率等值線錯動的現象，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模的巖溶發育，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附近發現巖石比較破碎，溶洞較為發育；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尋找巖溶發育區段是經濟、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合使用卻往往可以達到事半功倍的效果。