音频大地电磁法基于EH4连续电导率成像系统在广西南丹某矿区溶洞勘探中的应用研究

李叶飞，覃良厅，冯建辉

（广西壮族自治区地球物理勘察院，广西 柳州 545005）

广西南丹县矿产资源丰富，已勘探出银、铜、铁、锡、钼、铅、锌等矿种，被誉为“有色金属之乡”、“中国锡都”。因此在南丹存在很多大大小小的矿区，为了更好的、更安全的、更高效的进行采矿工作，需要清楚的了解矿区的地下地质构造情况，于是要对矿区进行物探勘查。某矿区要建立尾矿库处理场，需要在矿区尾矿库场地进行地质勘察，了解场地的地质情况，便于在尾矿库建立时针对不同的地质问题进行相应的处理工作。而近十几年来，国内有些学者将音频大地电磁法应用于长大埋深隧道地质勘查方面，取得了不错的效果(朱光喜，2009;赵虎，2014)，同时，音频大地电磁在溶洞以及其它方面的勘察也取得了不错的效果[1]。所以综合各方面因素，该矿区使用EH4连续电导率成像系统开展音频大地电磁法对场地进行溶洞勘探，结果表明，在南丹矿区运用音频大地电磁法勘探溶洞取得了不错的效果，该方法在勘探溶洞或空洞时具有一定的有效性。

1 地质概况及岩石物性特征

场地内出露了石炭系及泥盆系地层，主要岩性为炭质泥岩、泥岩、页岩等，显示相对低阻，而窿道、空洞在不充水的情况下，显示相对高阻，构造破碎带因充水而显示相对低阻[2]，如挤压致密则显示相对高阻，所以窿道、空洞、断裂与围岩等均存在一定的电性（如介电常数、电阻率、电导率等电性参数）差异，以此规律来对探测目标溶洞进行勘探判断。

2 方法与技术

EH4电磁成像系统是基于大地电磁测深原理的一种地球物理勘探方法，它通过对地面电磁场的观测，来研究地下电阻率大小的分布规律[3-6]。它实现了对天然信号源与人工信号源的采集和处理，是可控源与天然场源相结合的一种大地电磁测深系统。

音频大地电磁法的实质是测量太阳风或太阳黑子活动及赤道区的闪电雷击在地球表面产生的各种频率的水平电场和水平磁场，然后通过阻抗与电阻率的关系计算视电阻率从而了解地下电性结构。其基本原理是：依据不同频率的电磁波在导电媒质中具有不同趋肤深度的原理，在地表测量由高频至低频的地球电磁响应序列，经过相关的资料处理来获得大地由浅至深的电性结构。

音频大地电磁场是一种在大地中天然存在的电磁场，它的分布范围很广，频谱十分丰富。根据前人研究资料，一般认为大地电磁法趋肤深度为：

虽然趋肤深度在某种意义上说与电磁波在介质中穿透的深度有关，但它并不代表电磁勘探中实际的有效勘探深度。探测深度（D）和趋肤深度存在一定差距，这是因为探测深度是指某种测深方法的体积平均探测深度，如果将电磁波能量衰减到50%时的深度称为“勘探深度”，其经验公式为：

我们可以通过改变发射频率来达到测深的目的[7，8]。

3 成果分析

测区共布设了2条音频大地电磁测深剖面，分别命名为1、2线，其中1线长1200m，2线长为600m。

根据工区地质条件及岩性，工区围岩显示相对低阻，如出现高阻特征，且呈圆形或椭圆形闭合圈的高阻形态，可推断为不含水的窿道或未填充空洞；如电阻率曲线出现高低阻梯度变化、异常体被分割或扭曲、突变等不规则变化，可认为该处会可能存在断裂破碎带。

物探勘察结果表明，音频大地电磁法1线，整体上显示低阻，电阻率基本不大于100Ω▪m，很好的反映了该区的岩性特征，主要为泥岩、炭质泥岩、炭质泥灰岩、页岩等的综合反映；而该线整体上电阻率特征并无出现明显的扭曲、高低阻梯度带变化等，物探成果推断该线并无区域断裂通过；剖面存在两个圆形闭合圈的高阻异常体；一个处于剖面长度460m～480m处，编号为WTTD1，埋深较浅，因其周围并无窿道通过，且其埋深亦较浅，并非远处窿道经过所致，所以该高阻体推断为未充填空洞所致；另外一个处于剖面1060m～1080m处，编号为WTTD2，埋深略深，认为该高阻体为窿道所致。

音频大地电磁法2线体现了明显的低阻特征，在浅部个别区域显示了相对中高阻，该高阻特征显示层状特征，并无呈现明显的圆形或椭圆形闭合圈的高阻形态，故推断认为该中高阻特征为测线表层风化所致，并非窿道或溶洞所致，测线范围内高低阻并无梯度变化、异常体被分割或扭曲、突变等不规则现象，认为2号测线范围内并无断裂通过。

后经在1号测线470m处打钻验证，在该处发现了3个溶洞，每个溶洞厚大约2m左右，内无充填物，所以异常WTTD1确为溶洞所反映；且经实地考察，在离测线尾端北西方向约100m左右存在一窿道，且其方向正是通往测线方向，所以WTTD2为窿道所反致。

4 结论

综上所述，运用EH4连续电导率成像系统在广西南丹某矿区开展音频大地电磁法勘探，取得了显著的效果，且经钻孔验证及实地考察，验证了物探推断的正确性，由此可见，运用EH4连续电导率成像系统在广西南丹开展音频大地电磁法进行溶洞或类似空洞的勘探，方法有效、可行，该方法在广西南丹某矿区溶洞探测方面取得了可靠的资料，为之后在该矿区进行下一步的采矿工作提供了基础的、可靠的地球物理资料，也为在类似地区寻找溶洞提供了有效的方法依据。