利用综合物探方法确定竖井岩溶发育情况的应用分析

农观海

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质矿产勘查院，贵州 贵阳 550005）

为了开采地下深部矿床资源，矿山拟在矿区实施竖井施工，为了探明竖井及附近地下岩溶以及破碎带发育情况，为下一步进行深部施工提供地球物理依据，故对矿区拟施工井位区块开展综合物探剖面测量。

1 场地概况

测区位于贵州省福泉市英坪矿山内，地势总体上呈东面高西面低，地形切割一般，总体上为低中山喀斯特地貌；测区内出露的地层主要有：灯影组白云岩，为本次勘查的目标地层；牛蹄塘组，主要岩性为炭质页岩及白云质砂岩；明心寺组，主要岩性为页岩和砂质泥岩。

由于受到区域构造的影响，因此测区内断层构造、裂隙和节理较为发育。

2 工作原理

2.1 高密度电法

高密度电法亦名高密度电阻率法，是一种阵列式勘探方法，它具有一次布电极即可完成整条剖面多种装置的数据采集以及通过求取视电阻率值等参数而突出异常信息，它是以地下岩土介质的电性的差异为基础，主要是研究人工建立的稳定电流场作用下在地下传导电流分布规律[1]。在野外进行施工时只需将全部电极(一般是60根或者120根)布设于观测剖面的各测点上，然后通过分布式或者集中式导线与电极连接，利用多路电极转换器和二维高密度电阻率测量系统便可实现数据的快速、自动采集，当将测量结果传输入计算机之后，首先对原始数据进行一定的处理，比如剔除坏点、高程校正等处理，再通过二维反演就可以得到关于地电断面分布的各种成果图件。

2.2 音频大地电磁测深 （EH4）

音频大地电磁测深(EH4)又称电导率成像勘探技术，是我国目前比较先进的一套电磁法探测系统，是以天然场作为主要场源，辅以人工磁偶极子产生的高频电磁场来观测垂直方向上的两个电场分量(Ex，Ey)和两个磁场分量(Hx，Hy)，进而通过公式求得XY(电场)、YX(磁场)两个方向上的视电阻率随深度变化的ρs—H曲线的变化情况[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电法和音频大地电磁测深这两种物探方法。其中高密度电法使用重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-4高密度电法系统，该仪器主要由WDJD-4多功能数字直流激电仪和WDZJ-120多路电极转换器组成[3]。沿着测线方向进行一次性布线，一次性进行测量。

图1 高密度测量二维反演视电阻率成果图

本次测量主要采用参数如下：装置：温纳装置；道数：120道；电极距：5米；剖面数：39。音频大地电磁测深采用美国EMI公司和Geometrics公司联合研制生产StrataGem电磁测深系统[4]。在野外实际施工时采用“十”字布极法，接地电极采用特制不锈钢电极，其中x方向与测线方向一致，y方向垂直于测线方向，而且x方向和y方向误差不能大于2o，x、y两个方向上各布设一对。由于测量极距专用线长度限制（每根电道线总长25米），考虑测区内有部分测点处于地形较为陡峻山坡，我们选择测量极距设为40米。

3.2 地球物理特征

通过电性测定，结合前期物探成果，该测区各地层岩石电性参数为：第四系履盖层（即浮土层）的电阻率55Ω·m～243Ω·m，完整白云岩的电阻率560Ω·m～8965Ω·m，无物质填充的溶洞电阻率3590Ω·m～47000Ω·m，含水丰富的裂隙、岩溶发育的白云岩段的电阻率43Ω·m～325Ω·m。

综上所述，岩溶发育段与围岩之间都存在较为明显的物性差异，具有开展物探电法测量工作的前提条件，而含水裂隙丰富的白云岩段及岩溶发育段与第四系覆盖层视电阻率特征差异不是很明显。当浅部存在岩溶发育时，与第四系覆盖层很难进行区分，因此，在后期的异常解释中要结合实际情况进行异常推断。

4 成果资料解译与验证

图1为高密度电法测量反演结果，竖井位于剖面地表平距300m附近，由图可以看出，在平距约150m～420m附近，标高1180m以下出现一马鞍型的高阻区，初步推断为基岩区域。

在地表平距约200m～300m附近，标高1170m附近出现水平串珠状的低阻异常，推测低阻区可能存在岩溶发育。根据前期探测孔揭露，地表以下40m～60m发现岩溶发育，与高密度电法测量成果较为吻合。

图2（a）为EH4反演拟断面图，从图中可以看出，在地表平距140m～200m下方约200m附近出现电阻率等值线错动的现象，推测可能是由于断层破碎引起的低阻异常；在地表平距120m～220m，埋深约300m处有一封闭的低阻异常，推断此处存在较大规模的岩溶发育，也有可能是地层接触面上饱含水引起的。由图2（b）剖面地表平距190m附近施工的前期探测孔柱状图，由图可见，地表埋深180m附近发现岩石比较破碎，溶洞较为发育；地表埋深270m附近是灯影组白云岩和陡山沱组板岩的地层分界线，该处存在地下水汇聚，与EH4反演结果（图2（a））出现了反演成果基本吻合。

图2 音频大地电磁测深反演拟断面图及钻孔柱状图

5 结论

（1）通过在本测区竖井附近采用综合物探方法进行测量，和后期施工钻孔资料较为吻合，实践证明，综合物探方法在喀斯特地区寻找岩溶发育区段是经济、有效的一种方法，值得推广。

（2）高密度电法探测浅部岩溶、断层发育情况，再辅以音频大地电磁测深探测深部电阻率异常体（溶洞、断层）的空间分布情况，取得较好的探测效果。

（3）实践证明，在工程勘查中，如果单纯利用一种物探方法，往往不能取得很好的勘探效果，但是将多种物探方法联合使用却往往可以达到事半功倍的效果。