兩種跨孔層析CT方法在地質(zhì)勘查中的對(duì)比應(yīng)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(zhì)勘查中，常規(guī)鉆探是最基本的手段，它可以給出鉆孔下直觀的、詳實(shí)的礦層信息，但是對(duì)于鉆孔之間的地下地質(zhì)信息束手無策；常規(guī)地面物探方法受場(chǎng)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(bǔ)鉆探和常規(guī)物探的不足，運(yùn)用可控發(fā)射源，在兩個(gè)鉆孔之間進(jìn)行發(fā)射和接收，根據(jù)井下各地質(zhì)體地球物理參數(shù)的差異性，通過數(shù)據(jù)反演逐層分析繪制大地內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

1 兩種跨孔層析CT簡(jiǎn)介

1.1 跨孔電磁波CT法

據(jù)研究，由于地下介質(zhì)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、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(dǎo)致不同地下介質(zhì)的電導(dǎo)率、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率等有明顯的差異。跨孔電磁波層析CT探測(cè)就是利用不同介質(zhì)對(duì)電磁波吸收系數(shù)的差異，通過鉆孔間的電磁波掃描觀測(cè)，最好通過數(shù)據(jù)反演處理構(gòu)建兩孔間介質(zhì)吸收系數(shù)的二維圖像，繼而推斷地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)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(shí)際數(shù)據(jù)處理中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料對(duì)比，擇優(yōu)選取一組作為最終探測(cè)結(jié)果。

孔間探測(cè)的深度受鉆孔深度控制，且儀器底端有約1m長(zhǎng)的天線不計(jì)入探測(cè)深度。選用探測(cè)方式為定發(fā)射點(diǎn)式，采樣間隔為1m。跨孔電磁波CT法觀測(cè)系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 跨孔電磁波CT觀測(cè)系統(tǒng)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(zhì)的電性差異為基礎(chǔ)，研究在施加人工電場(chǎng)的作用下，地下傳導(dǎo)電流的變化分布規(guī)律。相對(duì)傳統(tǒng)電法，具有采集數(shù)據(jù)量大、觀測(cè)精度高、地下信息豐富等特點(diǎn)[2]。

工作方法為：在兩鉆孔中分別放入32個(gè)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(shù)據(jù)采集時(shí)通過對(duì)64個(gè)電極進(jìn)行排列，把電極奇偶分組，供電電極作為測(cè)量電極，可以任意組合成多個(gè)MN，同時(shí)測(cè)量電極間的電壓和電流值。

2 礦區(qū)地質(zhì)勘查概況

本次勘查礦區(qū)位于廣東清遠(yuǎn)市。據(jù)鉆孔揭露及區(qū)域地質(zhì)資料，勘查區(qū)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(tǒng)天子嶺組灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，地層礦物質(zhì)較硬，裂隙局部發(fā)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(dá)10°～55°，地質(zhì)礦層發(fā)育發(fā)育規(guī)模大、連續(xù)性強(qiáng)，多呈串珠狀發(fā)育最大溶洞洞高可達(dá)46.0m。

本次勘查的主要目的是為了查明礦山地質(zhì)發(fā)育類型、范圍、埋深、規(guī)模及連通性，對(duì)礦山工程項(xiàng)目規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供穩(wěn)定持力層地質(zhì)依據(jù)。

3 數(shù)據(jù)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(shù)圖

探測(cè)區(qū)共完成CT探測(cè)剖面31對(duì)，本文提取一對(duì)剖面進(jìn)行兩種方法的分析對(duì)比解釋。根據(jù)電阻率CT反演剖面分析得出：位于-26.32～-30.32、-32.12～-41.42表現(xiàn)為低于500Ω·m的明顯低阻，推斷為該研究礦區(qū)受地下水侵蝕，礦層受到一定破壞；根據(jù)電磁波吸收系數(shù)圖分析得出：-44～-70之間吸收系數(shù)大于4.5dB/m，解釋為溶洞發(fā)育區(qū)域，而其它區(qū)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(zhǔn)確。

結(jié)合鉆孔ZK01和ZK02資料，對(duì)資料進(jìn)行綜合解釋，整個(gè)探測(cè)礦體剖面中出現(xiàn)被侵蝕現(xiàn)象，靠近鉆孔ZK01側(cè)埋深在37.2m～38.9m、48.2m～52.7m之間，以及鉆孔ZK02側(cè)埋深在47.0m～50.0m、53.2m～58.3m之間發(fā)育4處小型地質(zhì)較發(fā)育區(qū)域，由溶蝕性礦物體貫通連接；靠近鉆孔ZK01側(cè)埋深在33.1m～94.5m之間。

4 結(jié)語

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