音頻大地電磁法基于EH4連續(xù)電導率成像系統(tǒng)在廣西南丹某礦區(qū)溶洞勘探中的應用研究

李葉飛，覃良廳，馮建輝

（廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院，廣西 柳州 545005）

廣西南丹縣礦產(chǎn)資源豐富，已勘探出銀、銅、鐵、錫、鉬、鉛、鋅等礦種，被譽為“有色金屬之鄉(xiāng)”、“中國錫都”。因此在南丹存在很多大大小小的礦區(qū)，為了更好的、更安全的、更高效的進行采礦工作，需要清楚的了解礦區(qū)的地下地質(zhì)構(gòu)造情況，于是要對礦區(qū)進行物探勘查。某礦區(qū)要建立尾礦庫處理場，需要在礦區(qū)尾礦庫場地進行地質(zhì)勘察，了解場地的地質(zhì)情況，便于在尾礦庫建立時針對不同的地質(zhì)問題進行相應的處理工作。而近十幾年來，國內(nèi)有些學者將音頻大地電磁法應用于長大埋深隧道地質(zhì)勘查方面，取得了不錯的效果(朱光喜，2009;趙虎，2014)，同時，音頻大地電磁在溶洞以及其它方面的勘察也取得了不錯的效果[1]。所以綜合各方面因素，該礦區(qū)使用EH4連續(xù)電導率成像系統(tǒng)開展音頻大地電磁法對場地進行溶洞勘探，結(jié)果表明，在南丹礦區(qū)運用音頻大地電磁法勘探溶洞取得了不錯的效果，該方法在勘探溶洞或空洞時具有一定的有效性。

1 地質(zhì)概況及巖石物性特征

場地內(nèi)出露了石炭系及泥盆系地層，主要巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖、頁巖等，顯示相對低阻，而窿道、空洞在不充水的情況下，顯示相對高阻，構(gòu)造破碎帶因充水而顯示相對低阻[2]，如擠壓致密則顯示相對高阻，所以窿道、空洞、斷裂與圍巖等均存在一定的電性（如介電常數(shù)、電阻率、電導率等電性參數(shù)）差異，以此規(guī)律來對探測目標溶洞進行勘探判斷。

2 方法與技術

EH4電磁成像系統(tǒng)是基于大地電磁測深原理的一種地球物理勘探方法，它通過對地面電磁場的觀測，來研究地下電阻率大小的分布規(guī)律[3-6]。它實現(xiàn)了對天然信號源與人工信號源的采集和處理，是可控源與天然場源相結(jié)合的一種大地電磁測深系統(tǒng)。

音頻大地電磁法的實質(zhì)是測量太陽風或太陽黑子活動及赤道區(qū)的閃電雷擊在地球表面產(chǎn)生的各種頻率的水平電場和水平磁場，然后通過阻抗與電阻率的關系計算視電阻率從而了解地下電性結(jié)構(gòu)。其基本原理是：依據(jù)不同頻率的電磁波在導電媒質(zhì)中具有不同趨膚深度的原理，在地表測量由高頻至低頻的地球電磁響應序列，經(jīng)過相關的資料處理來獲得大地由淺至深的電性結(jié)構(gòu)。

音頻大地電磁場是一種在大地中天然存在的電磁場，它的分布范圍很廣，頻譜十分豐富。根據(jù)前人研究資料，一般認為大地電磁法趨膚深度為：

雖然趨膚深度在某種意義上說與電磁波在介質(zhì)中穿透的深度有關，但它并不代表電磁勘探中實際的有效勘探深度。探測深度（D）和趨膚深度存在一定差距，這是因為探測深度是指某種測深方法的體積平均探測深度，如果將電磁波能量衰減到50%時的深度稱為“勘探深度”，其經(jīng)驗公式為：

我們可以通過改變發(fā)射頻率來達到測深的目的[7，8]。

3 成果分析

測區(qū)共布設了2條音頻大地電磁測深剖面，分別命名為1、2線，其中1線長1200m，2線長為600m。

根據(jù)工區(qū)地質(zhì)條件及巖性，工區(qū)圍巖顯示相對低阻，如出現(xiàn)高阻特征，且呈圓形或橢圓形閉合圈的高阻形態(tài)，可推斷為不含水的窿道或未填充空洞；如電阻率曲線出現(xiàn)高低阻梯度變化、異常體被分割或扭曲、突變等不規(guī)則變化，可認為該處會可能存在斷裂破碎帶。

物探勘察結(jié)果表明，音頻大地電磁法1線，整體上顯示低阻，電阻率基本不大于100Ω?m，很好的反映了該區(qū)的巖性特征，主要為泥巖、炭質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥灰?guī)r、頁巖等的綜合反映；而該線整體上電阻率特征并無出現(xiàn)明顯的扭曲、高低阻梯度帶變化等，物探成果推斷該線并無區(qū)域斷裂通過；剖面存在兩個圓形閉合圈的高阻異常體；一個處于剖面長度460m～480m處，編號為WTTD1，埋深較淺，因其周圍并無窿道通過，且其埋深亦較淺，并非遠處窿道經(jīng)過所致，所以該高阻體推斷為未充填空洞所致；另外一個處于剖面1060m～1080m處，編號為WTTD2，埋深略深，認為該高阻體為窿道所致。

音頻大地電磁法2線體現(xiàn)了明顯的低阻特征，在淺部個別區(qū)域顯示了相對中高阻，該高阻特征顯示層狀特征，并無呈現(xiàn)明顯的圓形或橢圓形閉合圈的高阻形態(tài)，故推斷認為該中高阻特征為測線表層風化所致，并非窿道或溶洞所致，測線范圍內(nèi)高低阻并無梯度變化、異常體被分割或扭曲、突變等不規(guī)則現(xiàn)象，認為2號測線范圍內(nèi)并無斷裂通過。

后經(jīng)在1號測線470m處打鉆驗證，在該處發(fā)現(xiàn)了3個溶洞，每個溶洞厚大約2m左右，內(nèi)無充填物，所以異常WTTD1確為溶洞所反映；且經(jīng)實地考察，在離測線尾端北西方向約100m左右存在一窿道，且其方向正是通往測線方向，所以WTTD2為窿道所反致。

4 結(jié)論

綜上所述，運用EH4連續(xù)電導率成像系統(tǒng)在廣西南丹某礦區(qū)開展音頻大地電磁法勘探，取得了顯著的效果，且經(jīng)鉆孔驗證及實地考察，驗證了物探推斷的正確性，由此可見，運用EH4連續(xù)電導率成像系統(tǒng)在廣西南丹開展音頻大地電磁法進行溶洞或類似空洞的勘探，方法有效、可行，該方法在廣西南丹某礦區(qū)溶洞探測方面取得了可靠的資料，為之后在該礦區(qū)進行下一步的采礦工作提供了基礎的、可靠的地球物理資料，也為在類似地區(qū)尋找溶洞提供了有效的方法依據(jù)。