基于高密度電法的礦井電阻率異常探測研究

吳春梅，劉明瓚，羅 琴，張華賓

（重慶市地勘局川東南地質大隊，重慶 400038）

現階段礦井探測手段大致可分為三大類：第一類為地質調查，即通過對礦山開采資料及地表勘查數據，掌握采區地表分布情況，此種方式的不足點為精度較低，優點為調查成本低；第二類為地球物理探測，此方法包含的方法種類較多，它接近于無損探測，其不足點為探測有多解性，優點為探測速度快、精度高；第三類為鉆探，即在地面進行直接開采，它的不足點為所需費用高、無法確定大面積礦床電阻率異常范圍，優點為探測精度高。在以上三大類方法中，以地球物理探測技術應用最為廣泛。用于礦區探測的地球物理方法主要包括地質雷達法以及電法類方法（如地質雷達、高密度電法、瞬變電磁法、電法CT）。地質雷達探測深度相對較淺；瞬變電磁法對淺部地層的地下采空區探測存在盲區。近年來，高密度電法以其精度高、信息量豐富、布極方式多樣化的優勢，在各物探領域的探測工作中取得了很好的效果，在采空區探測領域也取得了較為廣泛的應用，但相關研究多限于現場應用，針對高密度電法探測礦區電阻率異常模擬研究較少。本次選擇保護程度較好、具有代表性的合川區，采用高密度電法及地質雷達兩種方法對井下電阻率異常情況進行研究，并用鉆探方法對其有效性進行驗證[1-3]。

1 探測方法原理

雖然前人對使用物探方法探測井下電阻率異常工作較少，可以用來進行對比分析的資料很少，但是經總結分析已有礦山地質勘探資料后認為，井下的富含水砂層為良導體，選擇電阻率法應該有較好的工作效果，因此選擇分辨率較高且在工程物探上經常使用的高密度電法作為本次工作的主要物探方法。

高密度電法數據采集系統由主機、多路電極轉換器、電極系統三部分組成。多路電極轉換器通過電纜控制電極系統各電極的供電與測量狀態。主機通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉換器發出工作指令，向電極供電并接收、存貯測量數據。高密度電法系統如圖1所示。

如圖1所示，高密度電法測量通過在探測礦井地表按照一定電極距均勻布設電極，同一電極在數據采集時既承擔供電電極，又作為接收電極，按裝置排列來采集測量數據，所測數據主要包含供電、接收電極編號以及一次場及視電阻率。通過電極的移動以達到探測深度的變化，并通過對地下一定深度范圍內的視電阻率測量來形成相對直觀的剖面視電阻率圖，從而對剖面一定深度范圍內的地電結構的差異的分析及解釋來達到勘探效果。

圖1 高密度電法系統示意圖

2 礦井電阻率異常探測

物探工作區位于渝西方山丘陵區，降雨充沛，且受小河溝影響，地下水發育，潛水面較淺。物探工作靶區位于肖家鎮（圖2工作區及周圍地形地貌衛星影像）[4,5]。

2.1 電法數據采集

本次探測使用的高密度測量儀器是賽盈地脈技術有限公司（Geomative）生產地GD-10直流電法系統。GD-10系列地電系統具備發射功率范圍大、信號精度高、測試功能齊全、野外測試布線簡單輕便、長期使用維護成本低等特點。

高密度電法共敷設4條主剖面，1條副剖面，主剖面線距2～3米，點距1m。其中主剖面長71m，副剖面長47m，測線走向均為108°（圖2）。

圖2 高密度電法剖面及鉆孔布設示意圖

本次工作使用GD-10型高密度電法系統，電極間距為1m，4條主剖面每條剖面布設72根電極，副剖面每條剖面布設48根電極。每條剖面測量兩次，一次為縱向分辨率較好的溫納裝置測量，一次為橫向分辨率較好的偶極裝置測量。一條剖面測量完畢后，現場將數據輸入筆記本電腦進行處理，以溫納裝置反演電阻率斷面圖確認異常體的埋深，以偶極裝置反演電阻率斷面圖確認異常體的平面位置，現場確認異常體的形態特征。

2.2 探測結果

根據高密度電法L1剖面的電阻率反演斷面圖（圖3）可知，電阻率可分為3層：①在剖面2.8m深度以上為中高電阻率層，推測為潛水面以上受地表水影響的富水粘土層、砂質粘土層的表現；其中剖面起止點位置的極高阻異常為工作區地形起伏的表現；②在剖面2.8m至3m深以下為一層極低電阻率，推測為井下完全被潛水滲透的富水砂層的表現；③異常層：在剖面水平距離35m至40m，深度約3m處，兩種裝置均出現一電阻率略高于地下富水砂層的異常體。

圖3 高密度電法L1剖面綜合成果斷面圖

Ⅰ溫納裝置測得的數據，異常區呈半封閉的相對高阻特征，但由于溫納裝置的異常擴展效應，高阻異常范圍顯得較大，但分層特征明顯；

Ⅱ偶極偶極裝置測得的數據，表明該電阻率異常礦體處于富水砂層內，其頂部深約5m，底部深約9m，異常范圍較溫納裝置測得的異常范圍小，與偶極裝置水平分辨率較高吻合。

在進行了工作地下的電阻率三維可視化模擬，得出該礦井電阻率異常體水平走向約20°，且在該方向水平延展長約5至6m，寬約2至3m，異常體高度約3至4m，頂板深度約5至5.5m，底板深度推測約9至10m。

3 結論

高密度電法的偶極裝置對地下微弱電阻率差異的電阻率異常體的橫向分辨率較好，能夠較好的確定異常體在平面上的位置；而高密度電法的溫納裝置對地下電阻率異常體的縱向分辨率較好，對不同視電阻率的地質體分層效果明顯，結合兩者數據對異常體的位置、埋深進行判斷，在與試驗區埋藏環境相似的礦區地質勘查上具有較好的效果。本次高密度電法測到的視電阻率高阻部分，其值為50～90（Ω.m），本次工作使用物探加鉆探相互驗證的方式進行找礦，充分證明物探高密度電法在探測礦區電阻率異常方面是有效可行的。