兩種跨孔層析CT方法在地質勘查中的對比應用

黃子龍

（廣東核力工程勘察院，廣東 廣州 510800）

在礦山工程地質勘查中，常規鉆探是最基本的手段，它可以給出鉆孔下直觀的、詳實的礦層信息，但是對于鉆孔之間的地下地質信息束手無策；常規地面物探方法受場地限制大，且分辨率隨深度增加而降低；跨孔層析CT方法可以彌補鉆探和常規物探的不足，運用可控發射源，在兩個鉆孔之間進行發射和接收，根據井下各地質體地球物理參數的差異性，通過數據反演逐層分析繪制大地內部的精細結構。

1 兩種跨孔層析CT簡介

1.1 跨孔電磁波CT法

據研究，由于地下介質的物質結構、含水量、壓力、溫度以及礦石的裂隙、孔隙度等因素的差異性，導致不同地下介質的電導率、介電常數和磁導率等有明顯的差異。跨孔電磁波層析CT探測就是利用不同介質對電磁波吸收系數的差異，通過鉆孔間的電磁波掃描觀測，最好通過數據反演處理構建兩孔間介質吸收系數的二維圖像，繼而推斷地下介質的結構分布[1]。

本次勘探選擇的電磁波工作頻率為8MHz～24MHz，頻率間隔為4MHz，在實際數據處理中應根據地質資料對比，擇優選取一組作為最終探測結果。

孔間探測的深度受鉆孔深度控制，且儀器底端有約1m長的天線不計入探測深度。選用探測方式為定發射點式，采樣間隔為1m。跨孔電磁波CT法觀測系統示意圖見圖1。

圖1 跨孔電磁波CT觀測系統示意圖

1.2 跨孔超高密度電阻率法

跨孔超高密度電阻率法屬直流電阻率法的一種勘探方法，其方法原理是以井下介質的電性差異為基礎，研究在施加人工電場的作用下，地下傳導電流的變化分布規律。相對傳統電法，具有采集數據量大、觀測精度高、地下信息豐富等特點[2]。

工作方法為：在兩鉆孔中分別放入32個電極，通過電纜連接至地面的儀器，兩孔電極形成孔間井下電極陣。數據采集時通過對64個電極進行排列，把電極奇偶分組，供電電極作為測量電極，可以任意組合成多個MN，同時測量電極間的電壓和電流值。

2 礦區地質勘查概況

本次勘查礦區位于廣東清遠市。據鉆孔揭露及區域地質資料，勘查區上覆地層主要為第四系沖洪積粘性土、砂土及卵、礫石，下伏基巖為泥盆系上統天子嶺組灰巖，隱晶質結構，中厚層狀構造，地層礦物質較硬，裂隙局部發育，基巖面埋深一般25m～50m，隱伏地層界面坡度角一般約30°左右，局部可達10°～55°，地質礦層發育發育規模大、連續性強，多呈串珠狀發育最大溶洞洞高可達46.0m。

本次勘查的主要目的是為了查明礦山地質發育類型、范圍、埋深、規模及連通性，對礦山工程項目規劃與設計提供穩定持力層地質依據。

3 數據分析及成果解釋

圖2 電阻率CT反演剖面與電磁波吸收系數圖

探測區共完成CT探測剖面31對，本文提取一對剖面進行兩種方法的分析對比解釋。根據電阻率CT反演剖面分析得出：位于-26.32～-30.32、-32.12～-41.42表現為低于500Ω·m的明顯低阻，推斷為該研究礦區受地下水侵蝕，礦層受到一定破壞；根據電磁波吸收系數圖分析得出：-44～-70之間吸收系數大于4.5dB/m，解釋為溶洞發育區域，而其它區域分析都是比較完整礦物層。通過與鉆探資料，跨孔超高密度電阻率法分辨率較準確。

結合鉆孔ZK01和ZK02資料，對資料進行綜合解釋，整個探測礦體剖面中出現被侵蝕現象，靠近鉆孔ZK01側埋深在37.2m～38.9m、48.2m～52.7m之間，以及鉆孔ZK02側埋深在47.0m～50.0m、53.2m～58.3m之間發育4處小型地質較發育區域，由溶蝕性礦物體貫通連接；靠近鉆孔ZK01側埋深在33.1m～94.5m之間。

4 結語

礦層發育較完全地區不論是否有填充，在電磁性和電阻率性質上，礦床周圍礦物特性均有較大差異。根據差異性，可推斷礦井軟弱礦層的發育情況，兩種跨孔層析CT法在某工程地質勘查中都取得到較好的應用效果，為礦山工程項目勘查、設計、施工提供了有利的物探依據。