瞬變電磁法在鋁土礦勘查與采空區(qū)探測中的雙重應用

李廷彬， 李 京， 張全傅， 李新超

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450000)

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，地質(zhì)行業(yè)也在通過自我反省，尋找新的突破。近年來，各地勘單位廣泛利用瞬變電磁法尋找金屬礦，解決煤系地層地質(zhì)問題，地熱勘探在地下水勘查及采空區(qū)調(diào)查中應用廣泛。本文以河南省某鋁土礦采空區(qū)調(diào)查為例，研究瞬變電磁法的應用。

1 鋁土礦區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

1.1 鋁土礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)位于中朝準地臺南部，嵩箕中臺隆東南緣，新密臺式復向斜內(nèi)次級褶皺超化背斜上。屬新密鋁土礦成礦區(qū)南礦帶(楚嶺～楊臺～平陌～大冶～莊頭鋁土礦成礦帶)。區(qū)內(nèi)歷經(jīng)多次構造運動，褶皺、斷裂均較發(fā)育。

該區(qū)地層自下往上分別為奧陶系、石炭系、第四系。奧陶系厚度大于59 m,巖性主要為黃綠色泥灰?guī)r夾透鏡狀泥質(zhì)白云巖，總體層位穩(wěn)定，沿走向傾向變化小，傾向170°～228°，傾角12°～30°。石炭系上統(tǒng)本溪組是該區(qū)主要含礦層，本溪組與上覆太原組大部分為整合接觸，二者產(chǎn)狀基本一致，整體比較平緩。第四系遍布全區(qū)，厚度0～29 m。

1.2 地球物理特征

對礦區(qū)地球物理特征分析如下：第四系出露的黃土、黏土視電阻率在15～100 Ω·m，石炭系出露的黏土巖視電阻率變化較大，為257～4 976 Ω·m，鋁土礦視電阻率為115～210 Ω·m，奧陶系灰?guī)r視電阻率相比而言較大，其值為463～8 920 Ω·m。鋁土礦與下伏奧陶系灰?guī)r之間電性差異明顯，進一步說明在該區(qū)開展瞬變電磁法工作是可行的。

2 瞬變電磁測深工作及推斷解釋

2.1 瞬變電磁測深工作

根據(jù)礦區(qū)實地情況，布設測網(wǎng)網(wǎng)度為50 m×10 m。為了在數(shù)據(jù)采集中獲取較好的數(shù)據(jù)，選用穩(wěn)流較好的GGT-30發(fā)射系統(tǒng)和GDP32多功能電法工作站。采用定源回線裝置，發(fā)射框為300 m×230 m，接收探頭等效面積為10 000 m2。

2.2 異常推斷解釋

根據(jù)收集的相關物性參數(shù)進行分析，該礦區(qū)內(nèi)以沉積地層為主，電阻率水平方向相對穩(wěn)定，局部的電性不連續(xù)位置可以認為是異常部位。對采集數(shù)據(jù)進行預處理，定性反演成果圖如圖1所示。

圖1 100線-120線視電阻率反演成果圖

由100線剖面反演成果可以看出，剖面電阻率淺部以低阻為主，深部以中高阻為主。該測線視電阻率垂直分帶明顯，水平方向無明顯變化，推測該剖面位置無明顯采空區(qū)。結合該礦區(qū)地質(zhì)及地球物理特征，可推測標高250 m以淺為第四系覆蓋層，標高250～235 m為石炭系地層，其中石炭系地層有南傾的趨勢。標高230 m以深推測為奧陶系灰?guī)r。

105線剖面視電阻率淺部以低阻為主，深部以中高阻為主。綜合研究該礦區(qū)地質(zhì)及地球物理特征后，推測標高220 m以淺為第四系覆蓋層，地表220～200 m為石炭系地層，其中石炭系地層有南傾的趨勢。190 m標高以深推測為奧陶系灰?guī)r。在105線230點處，石炭系與奧陶系交界處存在一相對低阻異常，該異常呈豎直狀，推測該異常位置為空洞反映,且該空洞局部充水。

根據(jù)110線反演成果可以看出，剖面電阻率淺部以低阻為主，深部以中高阻為主，視電阻率垂直分帶明顯，水平方向在220～230點位置有明顯變化。綜合地質(zhì)成果，推測標高210 m以淺為第四系覆蓋層，210至190 m標高為石炭系地層，其中石炭系地層有南傾的趨勢。190 m標高以深推測為奧陶系灰?guī)r。在110線220～230點處，石炭系與奧陶系交界處存在一相對低阻異常，呈豎直狀，該異常視電阻率明顯低于水平方向值，推測該異常位置為充水空洞反映。

115號剖面電阻率淺部以低阻為主，深部以中高阻為主。可以看到電阻率垂直分帶明顯，水平方向有明顯變化。經(jīng)綜合分析，推測115號剖面225 m標高以淺為第四系覆蓋層，標高225～210 m為石炭系地層，其中石炭系地層有南傾的趨勢。210 m標高以深推測為奧陶系灰?guī)r。由115線反演斷面圖可知，在115號剖面180～200點位置，近地表有一豎直狀相對中阻異常，其視電阻率值明顯高于水平方向值；該位置正下方石炭系與奧陶系交界處存在一豎直狀相對低阻異常，該異常視電阻率值明顯低于水平方向值，推測該低阻異常位置為充水空洞反映，而低阻異常正上方的中阻異常為巖土坍塌下陷所致。

由120號剖面反演成果可以看出，剖面電阻率淺部以低阻為主，深部以中高阻為主。可以看到電阻率垂直分帶明顯，水平方向有明顯變化，推測區(qū)內(nèi)有明顯采空區(qū)反映。結合該礦區(qū)地質(zhì)及地球物理特征，推測該剖面標高230以淺為第四系覆蓋層，230 m標高至180 m標高為石炭系地層，其中石炭系地層有南傾的趨勢。180 m標高以深推測為奧陶系灰?guī)r。由120線反演斷面圖可知，在120號剖面200～210點位置，石炭系地層存在一豎直狀相對中阻異常。該異常視電阻率值明顯高于水平方向值，推測該異常位置為空洞反映。

綜上所述，由100、105、110、115及120線反演結果可知，100線無明顯采空區(qū)反映，105～120線相同層位均出現(xiàn)電性不連續(xù)。105、110及115線在標高200-210 m均出現(xiàn)相對低阻異常，115、120線在近地表存在一相對中阻異常。綜合分析，推測低阻異常為充水空洞引起，推測中阻異常是由干燥的空洞引起。

3 結論

(1)根據(jù)反演結果以及鋁土礦區(qū)地球物理特征劃分了該區(qū)地層，其中主要的含礦地層—石炭系位于標高230～180 m之間，傾向向南，與地質(zhì)成果相吻合。

(2)對5條測線的視電阻率反演成果分析，認為在105線～120線之間存在一連續(xù)采空區(qū)，該采空區(qū)西部充水，東部為干燥空洞。鋁土礦有限公司對提交采空區(qū)位置進行相應工作，反饋結果與推斷位置大致形同，本次工作得到了鋁土礦有限公司認可。