水泥石灰巖礦山溶洞勘察初探

錢洪春

摘 ?要：文章簡要介紹巖溶勘察常用物探方法的基本原理和技術，并舉例說明其在巖溶發育的水泥石灰石礦山進行溶洞勘察的有效性。探測結果與后期開采反饋結果基本吻合，說明綜合物探方法在勘查溶洞方面具有可行性和有效性，可為后期礦山開采提供可靠的依據.

關鍵詞：巖溶;物探方法;礦山地質勘察;溶洞

前言

巖溶溶洞具有隱蔽性和不確定性，對水泥礦山開采造成重大的安全隱患。應用綜合物探方法對溶洞進行勘查，查明其賦存狀態，以消除礦山安全隱患。本次試驗選用的方法有高密度電阻率法、瞬變電磁法、淺層地震、地質雷達等。

1 方法與原理

1.1 高密度電阻率法

是集電剖面法和電測深為一體的一種地學層析成像（Geotomography，簡稱GT）技術。實行密集采樣來提高采樣率和“多次覆蓋”的方法提高信噪比。多次覆蓋是指由不同的電流電極、不同的電位電極以地電斷面上相同的“點”進行多次測量，而且實現數據的快速采集和微機處理。

野外工作采用WGUD-2型高密度電阻率測量系統。工作溫度-10℃～+50℃;工作濕度為95%RH;電源由四個電池箱組成，最大輸出電壓為360V。

野外數據采集的觀測裝置：α、α2;電極間距5m;隔離系數：1～16;電極60根。

對原始資料進行全面檢查、復核后，準確無誤地錄入計算機，并轉換成RES2D格式。采用M.H.Loke博士設計的RES2DINV軟件進行地形改正及反演計算。

1.2 瞬變電磁法

是利用不接地回線向地下發送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間歇期間，利用另一回線接收由地下地質體受激勵引起的渦流產生的隨時間變化的感應二次場的電法方法。二次場按指數規律衰減，其大小與地下地質體的電阻率有關，低阻體感應二次場衰減速度較慢，二次場電壓較大;根據二次場衰減曲線的特征，就可以判斷地下地質體的電性、規模和產狀等，從而達到解決溶洞、斷層等地質問題的目的。

野外工作采用中科院地球物化探所生產的IGGETEM-20瞬變電磁儀。主要技術指標：最大輸出功率500W;最大輸出電壓48V;最大輸出電流10A;發射電流為雙極性，占空比1：1;脈沖寬度分4、10、20、40s。

野外觀測采用10m×10m重疊回線裝置，在發射線圈上并聯51Ω的電阻，接收線圈上并聯200Ω的電阻，有效地抑制了早期測道的阻尼振蕩。有關技術參數為：發射周期T=4ms（1～54取樣道）;下降沿關斷時間Dn=24μs;采樣延遲時間De=10μs;采樣時窗范圍為0.007～2.535ms;疊加次數St=512次（干擾較嚴重的測點加大至1024次）;供電電流7A。

采用隨機的瞬變電磁工作站進行數據處理及多次計算。

1.3 淺層地震

利用介質的彈性波速差異來解決地質問題的地球物理方法。淺層地震勘查在每條測線上均有選擇地布置了多道瞬態面波法、高密度多波列地震影像法、地震折射波法。其中地震影像法是全線覆蓋，地震折射法和面波法排列根據實際解釋需要布置。為便于資料對比分析，測線樁號以地震影像樁號為準。

野外工作采用SWS-1型多功能面波儀。

1.3.1 多道瞬態面波法

具體工作參數為：

道間距2.0m;偏移距10-30m;24道觀測;采樣間隔1.0ms;采樣點數1024點;震源為重錘;檢波器頻率4Hz。

數據處理采用瞬態面波資料處理專用軟件，計算頻散曲線和地層速度劃分，以確定基巖埋深與巖溶發育狀態。

1.3.2 高密度多波列地震影像法

野外采集數據時，使用10Hz三分量檢波器，儀器開通三道接收方式，以采集更豐富的資料。采用1.0m點距;10-16m偏移距;采樣間隔為0.5ms;采樣點數2048點;震源方式為錘擊。

室內將野外采集的三分量地震記錄分別編輯整理，對比分析波動場特征，確定巖溶發育與分布狀況。

1.3.3 地震折射法

采用相遇觀測系統，在復雜地段增加中間炮或追加遠炮，以確保基巖折射波的可靠性。同時為提高信噪比，部分排列使用震源彈激發。

相關參數為：道間距3.0-4.0m;24道觀測;采樣間隔0.25ms;采樣點數1024點;震源為重錘或震源彈;檢波器頻率35Hz。

采用地震折射波法的目的是了解基巖深度和波速。室內解釋一般以T0法為主，在基巖面起伏較大時采用射線追蹤法。

1.4 探地雷達

探地雷達是應用脈沖電磁波來探測目標物。

野外數據采集采用瑞典瑪拉公司生產的RAMAC型探地雷達及配套的50MHz軟體天線。

工作參數的選取為：工作頻率50MHz，軟體天線發射和接收，采樣點數為512，疊加次數為自動，工作時窗為700-1000ns。

資料進行整理及處理的主要內容有：校核班報記錄與磁盤文件，回放圖像記錄，對記錄進行增益調整、濾波等初步處理，進行記錄質量初評，分析現場采集數據過程所用方法及參數是否達到或接近最佳，并對記錄進行初步解釋。雷達資料采用隨機的后處理軟件進行分析解釋。

2 應用實例

試驗地點為廣西平南水泥礦山、貴港水泥礦山、田陽水泥礦山和廣東封開水泥礦山。分別按線距10米或15米布置，共布置剖面16條，剖面總長度為4890m。在方法試驗的基礎上編寫了物探單項設計書。試驗以高密度電阻率法為主，輔以瞬變電磁、淺層地震、探地雷達等方法。綜合應用以上4種方法對華潤水泥礦山溶洞進行勘查，通過對勘查結果的綜合分析，共圈出6處淺部異常區和15處深部異常區，圈定了溶洞的位置，并確定了其不同埋深。

3 結論與建議

（1）高密度電阻率法可以快速、準確地提供測區電阻率斷面圖，在探測溶洞的位置、大小和埋深等方面取得了很好的效果，但是其探測深度較淺。

（2）瞬變電磁法則顯現出高分辨率、快捷、大探測深度、小探測盲區、對水的賦存狀態反應敏銳等特點。

（3）淺層地震法要求地表堅硬、剖面偶合、激發能量一致。

（4）探地雷達具有方便、環境適應能力強、無損、快速、準確等特點。

以上列舉的物探方法在勘察水泥石灰石礦山溶洞的幾個應用實例表明，物探方法在解決巖深地質問題時卓有成效。但同時也應該強調，物探方法僅僅是一種間接手段，存在一定的局限性，只有同地質學其他方法緊密結合才能發揮更大的作用。

隨著物探方法理論與技術發展，以及物探在溶洞勘察應用的不斷深入，物探方法在勘察水泥礦山巖溶方面的地質效果將會不斷提高，這一技術的應用也將不斷為水泥礦山的安全生產作出重大貢獻。

參考文獻

[1]黃紹逵，等.高密度電法在巖溶勘察中的應用[J].工程地球物理學報，2009（6）.

[2]陸基孟.地震勘探原理[M].石油大學出版社，2001.

[3]楊艷瓊.巖溶地區的工程地質勘察方法探討[J].企業技術開發，2009.

[4]王妙月.勘探地球物理學[M].地震出版社，2003.

[5]曾昭發.探地雷達原理與應用[M].電子工業出版社，2010.