瞬变电磁法在铝土矿勘查与采空区探测中的双重应用

李廷彬， 李 京， 张全傅， 李新超

(河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，河南 郑州 450000)

随着经济社会发展，地质行业也在通过自我反省，寻找新的突破。近年来，各地勘单位广泛利用瞬变电磁法寻找金属矿，解决煤系地层地质问题，地热勘探在地下水勘查及采空区调查中应用广泛。本文以河南省某铝土矿采空区调查为例，研究瞬变电磁法的应用。

1 铝土矿区地质及地球物理特征

1.1 铝土矿区地质

矿区位于中朝准地台南部，嵩箕中台隆东南缘，新密台式复向斜内次级褶皱超化背斜上。属新密铝土矿成矿区南矿带(楚岭～杨台～平陌～大冶～庄头铝土矿成矿带)。区内历经多次构造运动，褶皱、断裂均较发育。

该区地层自下往上分别为奥陶系、石炭系、第四系。奥陶系厚度大于59 m,岩性主要为黄绿色泥灰岩夹透镜状泥质白云岩，总体层位稳定，沿走向倾向变化小，倾向170°～228°，倾角12°～30°。石炭系上统本溪组是该区主要含矿层，本溪组与上覆太原组大部分为整合接触，二者产状基本一致，整体比较平缓。第四系遍布全区，厚度0～29 m。

1.2 地球物理特征

对矿区地球物理特征分析如下：第四系出露的黄土、黏土视电阻率在15～100 Ω·m，石炭系出露的黏土岩视电阻率变化较大，为257～4 976 Ω·m，铝土矿视电阻率为115～210 Ω·m，奥陶系灰岩视电阻率相比而言较大，其值为463～8 920 Ω·m。铝土矿与下伏奥陶系灰岩之间电性差异明显，进一步说明在该区开展瞬变电磁法工作是可行的。

2 瞬变电磁测深工作及推断解释

2.1 瞬变电磁测深工作

根据矿区实地情况，布设测网网度为50 m×10 m。为了在数据采集中获取较好的数据，选用稳流较好的GGT-30发射系统和GDP32多功能电法工作站。采用定源回线装置，发射框为300 m×230 m，接收探头等效面积为10 000 m2。

2.2 异常推断解释

根据收集的相关物性参数进行分析，该矿区内以沉积地层为主，电阻率水平方向相对稳定，局部的电性不连续位置可以认为是异常部位。对采集数据进行预处理，定性反演成果图如图1所示。

图1 100线-120线视电阻率反演成果图

由100线剖面反演成果可以看出，剖面电阻率浅部以低阻为主，深部以中高阻为主。该测线视电阻率垂直分带明显，水平方向无明显变化，推测该剖面位置无明显采空区。结合该矿区地质及地球物理特征，可推测标高250 m以浅为第四系覆盖层，标高250～235 m为石炭系地层，其中石炭系地层有南倾的趋势。标高230 m以深推测为奥陶系灰岩。

105线剖面视电阻率浅部以低阻为主，深部以中高阻为主。综合研究该矿区地质及地球物理特征后，推测标高220 m以浅为第四系覆盖层，地表220～200 m为石炭系地层，其中石炭系地层有南倾的趋势。190 m标高以深推测为奥陶系灰岩。在105线230点处，石炭系与奥陶系交界处存在一相对低阻异常，该异常呈竖直状，推测该异常位置为空洞反映,且该空洞局部充水。

根据110线反演成果可以看出，剖面电阻率浅部以低阻为主，深部以中高阻为主，视电阻率垂直分带明显，水平方向在220～230点位置有明显变化。综合地质成果，推测标高210 m以浅为第四系覆盖层，210至190 m标高为石炭系地层，其中石炭系地层有南倾的趋势。190 m标高以深推测为奥陶系灰岩。在110线220～230点处，石炭系与奥陶系交界处存在一相对低阻异常，呈竖直状，该异常视电阻率明显低于水平方向值，推测该异常位置为充水空洞反映。

115号剖面电阻率浅部以低阻为主，深部以中高阻为主。可以看到电阻率垂直分带明显，水平方向有明显变化。经综合分析，推测115号剖面225 m标高以浅为第四系覆盖层，标高225～210 m为石炭系地层，其中石炭系地层有南倾的趋势。210 m标高以深推测为奥陶系灰岩。由115线反演断面图可知，在115号剖面180～200点位置，近地表有一竖直状相对中阻异常，其视电阻率值明显高于水平方向值；该位置正下方石炭系与奥陶系交界处存在一竖直状相对低阻异常，该异常视电阻率值明显低于水平方向值，推测该低阻异常位置为充水空洞反映，而低阻异常正上方的中阻异常为岩土坍塌下陷所致。

由120号剖面反演成果可以看出，剖面电阻率浅部以低阻为主，深部以中高阻为主。可以看到电阻率垂直分带明显，水平方向有明显变化，推测区内有明显采空区反映。结合该矿区地质及地球物理特征，推测该剖面标高230以浅为第四系覆盖层，230 m标高至180 m标高为石炭系地层，其中石炭系地层有南倾的趋势。180 m标高以深推测为奥陶系灰岩。由120线反演断面图可知，在120号剖面200～210点位置，石炭系地层存在一竖直状相对中阻异常。该异常视电阻率值明显高于水平方向值，推测该异常位置为空洞反映。

综上所述，由100、105、110、115及120线反演结果可知，100线无明显采空区反映，105～120线相同层位均出现电性不连续。105、110及115线在标高200-210 m均出现相对低阻异常，115、120线在近地表存在一相对中阻异常。综合分析，推测低阻异常为充水空洞引起，推测中阻异常是由干燥的空洞引起。

3 结论

(1)根据反演结果以及铝土矿区地球物理特征划分了该区地层，其中主要的含矿地层—石炭系位于标高230～180 m之间，倾向向南，与地质成果相吻合。

(2)对5条测线的视电阻率反演成果分析，认为在105线～120线之间存在一连续采空区，该采空区西部充水，东部为干燥空洞。铝土矿有限公司对提交采空区位置进行相应工作，反馈结果与推断位置大致形同，本次工作得到了铝土矿有限公司认可。