高密度電阻率法各觀測裝置在某非金屬礦采空區(qū)的有效性試驗

■王 勇，夏 蓓，張 皓

■1.浙江省地球物理地球化學(xué)勘查院;2.浙江省工程物探勘察院;3.浙江省地球物理技術(shù)應(yīng)用研究所;浙江 杭州 310005

1 區(qū)域地質(zhì)

某非金屬礦采空區(qū)位于江山—紹興深斷裂帶南東側(cè)，麗水—上虞斷裂北西側(cè)，龍泉—遂昌斷隆區(qū)的北東段，武義白堊紀斷陷盆地北部。基底為陳蔡群變質(zhì)巖系，其上覆地層為廣泛分布的上侏羅統(tǒng)巨厚火山巖及下白堊統(tǒng)內(nèi)陸湖盆相沉積巖系。

2 地球物理前提

采空區(qū)與圍巖在物性上的差異是開展高密度電阻率法有效性的前提，采空體與圍巖在物性上存在電性差異:與圍巖相比采空區(qū)存在著較明顯的電性差異，或為明顯的高阻(空氣)或為明顯的低阻(被低阻物所填充，如水)，如果采空區(qū)相對埋深具有一定的規(guī)模，就容易被探測發(fā)現(xiàn)。

3 地球物理模型、野外測線布置及觀測儀器、裝置等

在進行有效性試驗前，對測線上高阻巷道的圍巖采用小四極法進行的物性測定表明:圍巖的視電阻率ρs最大為980Ω·m，最小為364Ω·m，平均值為660Ω·m，物理模型屬于低阻中的高阻。理論上選擇高密度電阻率法在該模型會取得較好的效果。

本采空區(qū)的采礦巷道規(guī)格2米×2米，位于48號點附近的正下方，埋深約8米。

測線與此采礦巷道呈小角度斜交，在測線范圍內(nèi)的巷道規(guī)格為4米×2米(圖1)。

圖1 地球物理模型示意圖

儀器為重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所產(chǎn)生的WDJD-2型多功能數(shù)字直流激電儀，采用α排列(AMNB)、β排列(ABMN)、三極(MN-B)、二極(AM)、偶極(AB-MN滾動)五種裝置，并分別采用1m、3m、5m極距進行觀測。

4 資料整理及數(shù)據(jù)處理

在各觀測裝置采集的數(shù)據(jù)錄入計算機后，進行地形改正、正演及反演等分析處理。正、反演過程中采用目前國際上較優(yōu)秀的M.H.Loke博士設(shè)計的RES2DINV高密度電阻率法處理軟件。利用最小二乘法原理自動擬合測量資料的地下二維電阻率模型進行反演計算。根據(jù)地電條件、裝置類型以及正演模擬結(jié)果的分析，有針對性的進行高通或低通濾波處理，消除或減小表層干擾和由于極距變化引起的振蕩干擾。

正演、反演計算過程中進行減少邊塊效應(yīng)、采用精細網(wǎng)格、建立電阻率模型等處理。

為提高對目標體的縱向分辨率，在本項目的數(shù)據(jù)處理過程中編制了縱向分辨率比值效應(yīng)參數(shù)H的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，其中:

并對所在線MN-B裝置的觀測數(shù)據(jù)進行了轉(zhuǎn)換處理，取得較好的效果。(圖2)

圖2 MN-B觀測裝置

圖3 AMNB觀測裝置

5 取得的成果

多種裝置不同電極距的觀測結(jié)果進行趨勢比較，末發(fā)現(xiàn)不正常的畸變。野外觀測結(jié)果真實可靠，各裝置使用不同極距試驗成果表見表1。

表1 各裝置使用不同極距試驗成果表

經(jīng)過本次試驗對各種裝置的特點得出以下幾點認識:

(1)AMNB裝置對異常的反應(yīng)較為穩(wěn)定，受地形及表層不均勻體的干擾小，位移也不大，異常中心與模型實際埋深對應(yīng)較好。但異常幅值小，分辨率相對較低;

(2)偶極(ABMN，AB-MN)、三極MN-B，對異常反應(yīng)的靈敏度高，特征清晰，尤其是AB-MN遇異常體觀測結(jié)果容易振蕩。異常中心的埋深與物理模型基本一致，但是三極MN-B在水平方向上會有向MN方向較大的位移，另外三極MN-B裝置需要布設(shè)一個無窮遠極，給野外工作帶來不便，降低了工作效率;

(3)A-M二極裝置探測深度大。相同的極距其勘探深度是其它裝置的數(shù)倍，在縱向上相對規(guī)模較小的地質(zhì)體容易被忽視。另外要布置兩個無窮遠極也給野外工作帶來一定的困難。

(4)MN-B裝置H參數(shù)解釋:對于橫向分辨率較高的MN-B裝置，其反應(yīng)的高阻巷道的位置在剖面上均有較大的位移，而且其規(guī)模也不容易控制，為提高裝置的縱向分辨率，以利于確定采空區(qū)的頂?shù)捉缑妫MH參數(shù)。經(jīng)過處理的H參數(shù)圖對采空區(qū)的反映較MN-B裝置的反演成果要清晰得多，無論是位置還是埋深都與已知采空區(qū)基本一致。

6 結(jié)論與建議

經(jīng)過在本采空區(qū)的試驗工作，肯定了高密度電阻率法有效性。并在充分研究的基礎(chǔ)上兼顧經(jīng)濟效益得出:

(1)高密度電阻率法中可選擇α排列(AMNB)、三極(MN-B)作為生產(chǎn)時的觀測裝置，必要時采用β排列(ABMN)進行觀測;

(2)電極距應(yīng)根據(jù)目標體的洞徑埋深比靈活運用。

本次試驗的地球物理模型埋深較淺，配合本次試驗所開展的地質(zhì)工作，僅是填制了地表的地質(zhì)剖面圖，對深部的解釋推斷難起指導(dǎo)作用。

而物探工作本身具有多解性，只有掌握了更加多的邊界條件，才能得出更客觀的推斷結(jié)論。建議在出現(xiàn)異常的區(qū)段再輔以其他物探方法如淺層地震面波、反射波法加以佐證，或進行鉆孔驗證。