综合物探方法在矿山生态环境治理工程上的应用

杨承志

（江西省核工业地质调查院，江西 南昌 330038）

1 高密度电法工作原理

高密度电法是环境地质调查的有效方法，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律从而达到解决地质问题的目的[1]。高密度电法和常规电法一样，通过A、B电极向地下供电流I，在M、N极间测量电位差△V，从而可求得该点（M、N的中点）的视电阻率ρ=K·△V/I，K为装置系数。

由于在复杂地形和异常边界条件下用解析法求解拉普拉斯方程存在困难，因此理论计算部分主要是求解给定边界条件下简单地电条件的位场分布。设在水平地表通过两供电电极A、B向地下供电，电流为I，均匀、无限、各向同性介质的地下半空间电阻率为ρ，则地表任意两测量电极M、N间的电位差为：

从而求得均匀大地电阻率为：

式中：AM、BM、AN、BN 由A、B、M、N 四个电极间的相对位置决定。

高密度电阻率法的各种采集装置的不同也是根据A、B、M、N四个电极的变换方式不同确定的[2]。

2 探地雷达法的原理

探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR）是一种利用频率介于106Hz～109Hz的无线电磁波确定地下介质分布的一种勘探方法。由于采用的是高频带、宽频带、短脉冲和高速采样技术，所以其探测精度高于普通的地球物理勘探手段[3]。

该方法利用发射天线向地下媒质发射广谱、高频电磁波（脉冲宽为数纳秒以至更小，主频十数兆赫兹至数百以至千兆赫兹），发射天线发射的电磁波在地下传播过程中因介质介电常数的差异而在分界面处发生反射而被接收天线接收。仪器通过对接收数据包括接收电磁波的振幅、波形、相位、双旅程时等参数进行分析处理，再结合工程地质情况确定地下目标体的位置、结构及形态等特征[4]。

3 方法实验对比分析

如图1测线布置图所示，在1#酸性水调节库的西侧部位布置一条方位角110°，长度1200米的测线S1，地表穿过第四系、混合岩地层的测线，进行高密度电法及音频大地电磁法（AMT）组合试验。

图1 测线布置图

如图2物探勘查S1线音频大地电磁法与高密度电法解释对比图，通过分析S1测线音频大地电磁法反演电阻率特征及地质资料，推测覆盖层厚度约0.8m～32.6m，覆盖层厚度变化范围较大，其中东端厚度较大，由于东端废石堆土造成；划分了新鲜基岩面（中-弱风化界面）的位置。

图2 物探勘查S1线音频大地电磁法与高密度电法解释对比图

在平距218m～298m，埋深61.7m～14.9m，存在一低阻异常区，推测为裂隙发育区。

S1测线高密度整体上视电阻率值大约为100Ω•m～800Ω•m，结合地质资料、钻孔资料，推测剖面整体为混合岩的电性反应。表层为素填土、淤泥质土覆盖。对电阻率剖面图进行分析，推测此剖面的覆盖层厚1.5m～30.2m，强风化混合岩层厚度1.3m～9.9m，下伏为中风化混合岩层。

在平距132m～154m，埋深80.1m～70.2m，平距182m～200m，埋深127.6m～111.6m；平距280m～498m，埋深79.7m～66.8m；平距660m～736m，埋深64.7m～54.3m；平距750m～786m，顶部埋深56.3m，存在低阻异常区，推测为裂隙发育区。高密度电法相比音频大地电磁法浅部信息更加丰富，可以看出高密度电法更适于在该区域开展工作。

4 西2#坝垂直帷幕区解译

如图1测线布置图所示，在西2#坝垂直帷幕区解译西2#坝垂直帷幕区及附近共布置G1、G2两条平行高密度测线及T9一条探地雷达测线。其中，G1线位于测区西2#坝垂直帷幕线上，G2位于G1测线北西向40m处，T9线位于西2#坝垂直帷幕上。

如图3物探勘查G1、G2线高密度电法视电阻率反演断面及解释图，G1测线整体上视电阻率值大约为400Ω•m～1800 Ω•m，结合地质资料、钻孔资料，推测剖面整体为混合岩的电性反应。表层为黏性土、混合岩中风化物及其岩石碎块覆盖。对电阻率剖面图进行分析，推测此剖面的覆盖层厚3.2m～9.5m，强风化混合岩层厚度1.2m～10.9m，下伏为中风化混合岩层。2#坝垂直帷幕区在测线平距位置251m～337m，覆盖层厚度2.5m～5.2m，强风化层厚度1.0m～4.4m，该范围内未发现电阻率异常。

图3 物探勘查G1/G2线高密度电法视电阻率反演断面及解释图（上G1图，中G2图）、T1线探地雷达法成果图（下T1图）

在平距109m处，存在一低阻异常带，推测为隐伏断裂TF1的电性反应；在平距387m～402m，埋深91m～70m，存在一低阻异常区，推测为裂隙发育区Y21，该裂隙发育区封闭；在平距487m～525m，顶部埋深80m，存在一低阻异常区，推测为裂隙发育区Y22，该裂隙发育区未封闭。

平行测线G2的电阻率特征与G1测线，整体上一致。视电阻率值大约为400Ω•m～1800 Ω•m，结合地质资料、钻孔资料，推测剖面整体为混合岩的电性反应。表层为黏性土、混合岩中风化物及其岩石碎块覆盖。对电阻率剖面图进行分析，推测此剖面的覆盖层厚2.8m～8.5m，强风化混合岩层厚度1m～7.5m，下伏为中风化混合岩层。

在平距142m，出现的低阻异常带推测为北西向断裂TF1在G2测线上的反应，断裂走向北西向；在平距437m～463m，埋深71m～41m，出现的低阻异常区，推测为裂隙发育区Y21向北西向延伸的异常反应，可见Y21延伸长度大于40m；在平距519m～550m，顶部埋深90m，出现的未封闭低阻异常区，推测为裂隙发育区Y22向西部延伸的异常反应，可见Y22延伸长度大于40m。

为了进一步准确探测2#坝垂直帷幕区的地层分布情况及裂隙发育情况，我们在帷幕区布置了一条T1雷达测线，该测线长度46m，对应高密度测线的平距位置是281m～327m，测量点距0.1m。根据该测线的雷达波形态勾画了该断面地层的分布情况。第四系覆盖层厚度3.3m～4.9m，强风化层厚度1.6m～4.3m，下伏为中风化层，雷达检测该剖面也未发现异常，具体见图3。

5 结论

（1）本文从实验线S1的高密度电法与音频大地电磁法效果对比，发现高密度电法与音频大地电磁法都是成熟且被广泛使用的电法及电磁法测量工具，两者都有各自的适应范围，在本文音频大地电磁法对海拔0m标高下的电性特征反应更精细，只划分了新鲜基岩面（中-弱风化界面）；高密度电法海拔40m标高以上的电性特征反应更加明显，划分了强风化层、中风化层。从而，可以看出高密度电法更适于在该区域开展工作。

（2）通过在西2#坝上及帷幕上开展探地雷达法、高密度电法，对该区进行地下电性结构的探测，探测发现高密度电法能够较好的反应地下不良地质体的分布位置及异常范围，两平行测线反应的结构一致性较高；探地雷达对地层的分布情况反映较好。该方法组合能够推广应用于矿山修复工作中。