高密度电法在地下岩溶勘察中的应用

１６８　西部探矿工程　２０１３年第１１期　高密度电法在地下岩溶勘察中的应用　游敬密　，雷　宛，蒋富鹏，李　星　（成都理工大学地球物理学院，四川成都６１００５９）　摘要：介绍了高密度电法的工作原理和岩溶的地质地球物理特征，同时列举了高密度电法在某桥　基地下岩溶探测中的应用实例，以此来说明高密度电法作为一种高效、经济、快速的勘察手段在地下　岩溶探测中的可行性。　关键词：高密度电法；桥基；岩溶；勘察　中图分类号：Ｐ６３１．３文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２０１３）１１－０１６８—０４　岩溶，又称为喀斯特，是指水对可溶性岩石进行化　部分，野外施工时，只需将全部电极设置在一定间隔的　测点上，其测点密度要比常规电阻率法大，然后用多芯　学腐蚀作用而产生的裂隙、沟槽以及空洞，和由于顶板　岩层发生坍塌所导致的地表凹陷、洼地等现象的总　称。岩溶义分为地表岩溶和地下岩溶，其中地下岩溶　主要包括洞穴和地下暗河等埋藏性的不良地质构造，　其在施工建设中的危害性越来越明显地呈现出来，所　以，在Ｔ程勘察阶段，对岩溶勘察的要求也越来越高。　然而，南于岩溶发育的不确定性和隐蔽性，岩溶勘察的　难度非常大，仅靠钻探手段很难达到要求。一方面，钻　电缆将电极连接到程控式多路电极转换开关上，电极　转换开关能够根据需要自动进行电极装置形式、极距　和测点的转换。测量的信号由电极转换开关送人微机　工程电测仪，将测量结果保存在随机存储器当中。将　数据回放送人微机，就可以按给定程序对数据进行处　理。图ｌ为高密度电法勘探系统结构示意图。　２岩溶地质及地球物理特征　２．１地质特征　孔的布设存在一定的肓目性，局部岩溶发育地段可能　会被遗漏；另一方面，发现有岩溶分布的地段，也很难　岩溶的岩性基本都是碳酸盐岩，常见的有泥灰岩、　白云岩、白云质灰岩、以及灰岩等。其上覆地层多为红　粘土，很多情况下，基岩可能直接出露或断续出露。同　时，岩溶的发育通常与地层变化或地质构造有着密切　的联系，受构造带与地层接触带影响，岩溶发育区的岩　石节理裂隙一般比较密集，地层比较破碎。　２．２地球物理特征　探明其规模、形态和分布规律。因此，非常需要一种快　速、高效、经济的勘察手段，对岩溶勘察中的钻探工作　进行前期指导和后期补充。高密度电法属于直流电阻　率法的一部分，它以地下岩石的电性差异为基础，研究　在外加电场的情况下，地下传导电流的分布规律，它是　常规电法勘探的一种发展和延伸。高密度电法是利用　程控电极转换器，由微机选择供电电极和测量电极，实　灰岩、白云岩电阻率通常比较高，一般介于２０００￣　８０００Ｑ・ＩＴＩ之间，最高可以达到２００００Ｑ・ｍ，泥灰岩电阻　率相对较低些，但一般也大于６０００・ｍ。随着岩石节理　现高效率数据采集，快速采集大量原始数据，它具备数　据采集量大、观测精度高、地质信息丰富、生产效率高　的特点。一次布极可以同时完成纵横向的二维勘探，　具备电剖面法和电测深法的综合探测能力，既能反映　地下某一深度水平方向上的电性变化情况，又能提供　地层在垂向方向上的变化规律，由此可见，高密度电法　正好能够满足我们探测地下岩溶的需求。　１　高密度电法的野外工作方法　高密度电法观测系统包括数据采集和资料处理２　￥收稿日期：２０１３—０３—２５　裂隙发育程度、破碎程度、岩溶发育程度的增强，填充　物含量增加，电阻率出现急剧下降的趋势，最低可降至　ｌ（）（）Ｑ・Ｉｌｌ以下。这种差异，为利用电阻率法进行岩溶勘　察提供了地球物理前提。　对于无充填的溶洞，一般认为其电阻率要高于基　岩电阻率，然而根据经验，虽然空洞本身电阻率高，但　由于溶洞形成和节理裂隙发育、地下水活动等因素有　第一作者简介：游做密（１９８８一）．男（汉族），镉建平和人，成都理ｒ大学存读硕士研究生，研究方向：＿［程与环境物探。　２０１３年第１１期　西部探矿工程　１６９　数据采集部分　数据处理部分　厂———————］Ｉ　Ｉ　　图１高密度电法勘探系统结构示意图　关，再加上溶洞壁上一般存在较厚的钙层及钟乳石等　低阻物质，因此，除非是大型、特大型溶洞，大多数空洞　由于低阻屏蔽的影响，一般为低阻反应。　３工程应用实例　表１　工区各介质电阻率参数表　介质名称　泥岩　灰岩　砾石土　电阻率（Ｑ・ｍ）　３．１　工作任务及工区地质地球物理概况　此次物探工作的任务目标是探明某大桥两侧百米　范围内的地下地质概况，探明工区内的地下岩溶分布，　为后期的民房建筑工程提供安全性评价和建议。工区　砂岩　含水砂岩　位于华东地区某地，地形较为平缓，开展高密度电法工　作较为便利。工区内的主要地层岩性为泥岩、泥灰岩、　泥质砂岩以及钙质泥岩，工区内各介质的电阻率参数　如表１所示。从表１中可以看出，工区内具备开展高密　度电法勘探的地球物理条件。　３．２外业施工　所研发的ＷＤＪＤ－３多功能数字直流激电仪和ＷＤＺＤ－　３多路电极转换器。　（２）技术参数设置与测线布置。外业工作一共布　置了１２条测线，其中２条长剖面平行于大桥两侧布设，　全长１０５０ｍ，采用６０根电极，５ｍ电极距，０【排列。其他　（１）仪器选择。采用的是重庆奔腾数控技术研究　．　测线则横跨大桥底下，每条长３００ｍ，采用６０根电极，　５ｍ电极距，　排列。Ｏ【排列装置示意图如图２所示。　～　～栅舢删珈　Ｏ　０　一　～　Ｏ　　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　０　。　！　。　．　第三深度剖面测试——≥，　！　！！　．　第二深度剖面测试——｛－　！１　第一深度剖面测试——ｊ，　第一深度蓟面　‘　‘　’　‘　’　‘　。　’　’　’　‘　‘　‘　‘　‘　‘　‘　’　．　．　．　．　．　．　．　第二深度剖面‘　‘　’　’　’　第三深度剖面　‘　’　‘　第四深度剖面　．　・　．　．　图２　ｏ［排列装置示意图　３．３资料成果解释　模型（第三幅剖面图）。图３为某条测线的反演剖面图。　通过将所测得的视电阻率经数据格式转换、数据预　处理、地形校正、正演和反演计算，最终得到反演成像色　谱图。数据处理所使用的是瑞典高密度反演软件　该测线平行于桥墩布设，采用５ｍ电极距，６０根电　极，南侧为小号电极，北侧为大号电极，测线位于２９号　桥墩到２０号桥墩西侧。从图３中能看出明显的地层分　Ｒｅｓ２ｄｉｎｖ，根据各测线探测所得视电阻率原始数据（第　幅剖面图），进行视电阻率模型反演，并将模型数据正　演计算后所得出的图形（第二幅剖面图）与原始数据对　一层情况，整个剖面长３００ｍ，勘探深度为４６ｍ，视电阻率　变化范围在０～１５Ｏ０Ｑ・ｍ之间。图３中红褐色区域为砾　土卵石层，深度为１０ｍ左右，电阻率３Ｏ０～１０００Ｑ・ｍ，一　比得出误差值，如果数据误差不超过ｌ５％即为合格反演　直从测线开始到测线结束，符合钻孔资料和现场实际　１７４　西部探矿工程　２０１３年第１１期　元岩体接触部位、构造裂隙的脉壁，都是锡矿化相对富　集的地段。　作，并且该矿段存在工一２蚀变花岗岩体型锡矿，虽矿　化不稳定，但不排除还有隐伏矿体存在的可能。　５．２铜丝岭矿段　（３）含矿构造集中、等距延深分布规律。同一矿段　集中分布多条同一方向组含矿裂隙，充填的矿脉近于　平行等距分布（见图１），延深规模大于４００ｍ。　（４）带中带、脉中脉、主脉居中规律。矿化带中有　不同方向组的矿脉带，脉带中又有数条至数十条性质　该矿段的３８　矿脉位于矿区的中部，同时也是目前　矿区规模最大的云英岩脉型矿体；详查阶段钻孔于　３５３ｍ标高尚见厚１．６４ｍ、锡品位０．５２ｘ１０　的矿体，说明　３８　深部还有一定找矿前景；同时该矿段的Ⅱ一ｌ、Ⅱ一２　相同的矿脉，脉带中又有更细的含矿云英岩脉，甚至出　现块状锡矿。每一个脉组（带）中总有１～２条资源规模　大的主脉体，且居群脉的中部。　（５）单元岩体“背形”上拱控矿规律。成矿单元岩　体上拱从构造角度而言，实际是与前述岩浆活动侵入　形态控制关系密切。为岩体上拱时，发生张扭作用和　热液充填成矿作用。据前人对本矿区的研究及野外观　察，蚀变岩体型锡矿顶部的云英沿脉型锡矿并非是“头　顶上长毛”的成矿模式，而是后期构造作用下切割了蚀　变花岗岩体型锡矿体　－　。　４．３　自变质作用及围岩蚀变与成矿　蚀变岩体型锡矿目前仅有稀疏工程控制，走向及倾向　均无工程控制。下步找矿工作考虑控制介头单元花岗　岩体的“背形”构造的空间，同时进一步弄清其对３７　～　３３　矿脉的空间赋存形态的影响。　５．３师茅冲一上杨柳塘矿段　该矿段主要矿体的类型是蚀变岩体型锡矿，前人　工作仅有稀疏工程控制，不排除有隐伏锡矿体的可能　性。建议下一步应加强这方面的找矿工作，在注重成　矿单元（Ｊ　７）的找寻方面，同时要重视构造作用的分析　和研究，考虑在有利构造叠加部位，即介头单元花岗岩　体内水平节理发育地段布署找矿工作。　文章主要根据作者参与白沙子岭锡矿的地质技术　岩体的自变质作用和沿构造裂隙发育的岩浆期后　热液蚀变作用，其蚀变种类的复杂程度和蚀变强度与　锡富集呈正相关关系，尤其是多种硫化物发育部位锡　矿化更加富集。　５深部找矿方向浅析　基于对白沙子岭锡矿区成矿地质条件、矿化分布　工作经验、收集前人资料综合而成。　参考文献：　［１】　湖南省地质矿产勘查开发局．湖南省区域地质志［Ｍ】．北京：　地质出版社，１９８８．　规律及控矿因素的认识，对该矿区深部矿体的找寻。　个人认为以下几个矿段可取得突破。　［２】刘铁生．大义山矿田岩体型锡矿地质特征及矿床成冈［Ｊ１．中　国地质，２００２，２９（４）：４１Ｉ一４１５．　５．Ｉ白沙子岭矿段　【３】贺文华阍南省大义山地区锡多金属成矿模式初探ＩＪ１．华南　地质与矿产，２０１１，２７（１）：１４—２１．　［４］吴治南，郭克林，等．湖南省桂阳县白沙子岭矿区锡矿详查　报告ｆ　Ｒ１．郴州：湖南省核丁业地质局三。二大队，２０１０．　［５】　曾志方，等．湖南省桂阳县白沙子岭锡矿床地质地球化学特　征及其成因ｆＪ１．中罔地质，２００８，３５（４）．　，　，　，该矿段的云英岩脉型锡矿，只是１　、１１　、１２　、１７　矿脉达到详查程度，其中ｌ１　脉体往深部有变厚变富得　趋势。根据带中带、脉中脉、主脉居中的规律，建议考　虑对该矿段的大脉组居中部位往下延深布署地质工　０　０　’，　’口　（’　ｐ　，　ｉ（‘　｝　，０　｜，　，　０（　（上接第１７０页）　４结论　（１）高密度电法是一种经济高效的岩溶勘察手段；　（２）高密度电法的成果资料定性解释简单、直观、明了，　在结合地质调查、钻探资料以及其他物探方法，可做出　半定量、定量解释；（３）研究岩溶异常应以低阻异常为　主，对所发现的异常应进行适当的钻孑Ｌ验证；（４）高密　度电法资料所做的解释以宏观解释为主，不能和具体　某种岩溶现象完全等同；（５）高密度电法可广泛应用于　初勘阶段的岩溶探测，在详勘阶段，该方法还可对钻孔　资料起到有益的补充完善作用。　参考文献：　【１］雷宛，肖宏跃，邓一谦．Ｔ程与环境物探教程【Ｍ］．北京：地质出　版社，２００６．　［２】　肖宏跃，雷宛．地电学教程［Ｍ］．北京：地质出版社，２００８．　【３１中国水利电力物探科技信息网．Ｔ程物探手册【Ｍ１．北京：中同　水利水电出版社，２０１１．　ｆ４１邱占林，乐琪浪，苗晓斌，王俊，罗城．高密度电阻率法在库　区勘查中的应用ｆＪＪ．西部探矿丁程，２０１０（９）：１８１—１８４．　『５１蔡光桃，武伟．高密度电阻率法在基岩面探测中的应用［Ｊ１．西　部探矿＿Ｔ程，２００９（３）：１ｌ＿１３．