可控源音頻大地電磁法在巖溶塌陷勘察中的應用

萬曉磊，閆順尚

（1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014；2.山東省煤田地質局第五勘探隊，山東 濟南 250104）

中國有廣泛的巖溶發育地帶，這些地區經常會有地質災害發生，嚴重威脅區域范圍內的人們生存，甚至對人們的生命安全造成威脅。巖溶塌陷作為一種較為常見的地質災害，不僅具有隱蔽性，難以及時發現，而且還具有突發性，令人防不勝防，因此會造成嚴重的后果[1]。要對巖溶塌陷作出準確的判斷，就要應用科學有效的措施，采用合理的手段對這種現象予以預防，具有針對性地展開治理工作。

1 測量區域的地質情況

本文研究的對象處于桂林一來賓斷裂帶的范圍內，該斷裂帶的平行褶皺區域的軸向發育一組斷層的方向是北北東向，破碎帶非常寬，巖石的破碎非常嚴重，巖層已經出現撓曲，有部分區域已經碎裂。這里的基巖中含有碎石土、粉質粘土。在塌陷區的外部環境中還含有砂礫巖，而且還有硅質巖，其中夾雜著夾泥質硅質巖[2]。通過對這個區域的地面進行調查可以發現，出現巖溶塌陷的現象，主要的原因是由于存在巖溶主管道型的塌陷，也有部分區域出現了巖溶主管道邊緣型的塌陷，在裂隙上還有的塌陷為洞型的[3]。從巖溶塌陷的情況來阿奎那，塌陷區域比較窄的區域為直徑1m，寬的區域則可以達到直徑45m。從塌陷的深度來看，比較淺的區域還不1m，比較深的區域則可以達到40m，甚至達到了45m。從塌陷的平面布局來看，上面呈現出“8”字形，也有部分區域呈現出“葫蘆”形，還有的地方向串珠一樣。在裂縫比較多的區域，主要的塌坑以中心為同心圓，向四周呈現出弧狀展開，裂縫的長度上來看，短的部位是5m，長的部位可以達到50多，裂縫的寬度，比較窄的部位僅僅為2cm，比較寬的部位則達到了30cm。

在測量區域中，上覆第四系的視電阻率值要低一些，通常不會超過200歐姆·米，入股是在灰巖區域和白云巖區域，視電阻率則介于n×10至n×104之間，從測量區域的外圍分布情況來看，硅質巖的視電阻率往往介于n×10至n×104之間。地層的巖性會不斷地發生變化，而且巖石也會不斷地風化，不同的區域，風化的程度會有所不同，巖溶也會出現不同的發育狀態，這樣就會導致地下介質的電性有很大的區別，就會導致電性界面有所不同。如果采用電法勘探這個區域，就需要對這些情況詳細了解[4]。

2 可控源音頻大地電磁法的基本原理

應用可控源音頻大地電磁法進行探測，就是對人工源頻率域作出判斷。由于不同介質所具備的導電率存在不同，就可以對一次場電位的變化情況以及磁場強度產生的變化情況作出判斷[5]。在對特定的區域進行研究的過程中，可以沿著測線使用接收機接收到電場的信號，還可以獲得與發射偶極AP平行的電場信號，獲得視電阻率。當視電阻率結構保持恒定不變的時候，通過改變信號的頻率，就可以對縱深進行測量。

在具體的研究過程中應用電磁儀采用可控源音頻大地電磁法進行觀測，從觀測站的布置方式來看，在發射端采用了大功率發電機，并結合使用發射機以及供電電極，可以提供電極A和電極H，使用這種裝置進行人工源電能供應。在接收端則采用電磁儀主機，結合使用接地電極、接收線以及磁探頭接受信號。在對特定的區域進行觀測的過程中，在接收端與發射端構成的區域呈現出扇形，兩者之間存在一定的距離，就可以展開探測工作[6]。

3 探測方法以及處理資料的方法

在探測過程中，需要使用測量區域水文地質圖來進行，對于塌陷的分布情況予以了解，掌握規律。使用可控源音頻大地電磁法對塌陷的區域進行定位并測量，測線的方位確定在110°，所有的測線長度都設定在600m，20m的點距，供電AY極的方位平行于測線，長度大約為1000m。

在測量的過程中所使用的儀器是電磁法儀，這種設備有多種功能，在測量電場的時候應用不極化電極，布置測線的時候使用精度很高的測量儀，使得測線方位不會出現誤差，點位精確，高程也有較高的準確度。在進行觀測之前需要對電極極差進行測量，如果測量的結果不超過2毫伏，就意味著電場的信號穩定，信噪比比較高，此時在埋設電極罐的時候，需要在地上挖出淺坑，將鹽水倒入其中，將松土攪拌，形成泥漿，然后將電極罐旋入其中，使得電極罐充分接觸到泥漿，此時就可以對接地電阻進行測量，要求接地電阻不能超過2歐姆·米。

使用CSAMTPROS軟件處理圓滑和濾波，并實施靜態校正，再運行SCS2D反演軟件，就可以反演帶地形，之后使用Surfcr繪圖軟件就可以將視電阻率等值計算出來，形成支管的斷面圖。

4 分析結果

圖1 第1測線地質推斷解釋的剖面圖

圖2 第2測線地質推斷解釋的剖面圖

圖3 第3測線地質推斷解釋的剖面圖

使用可控源音頻大地電磁法對視電阻率等值斷面圖使用SCS2D反演軟件進行反演，就可以對解釋剖面作出推斷，就可以發現，第1測線、第2測線和第3測線的視電阻率都存在異常，而且這種異常形態現象已經延伸到地下深度100m，由此可以判斷由于斷裂導致的巖溶破碎區域。（圖1：第1測線地質推斷解釋的剖面圖；圖2：第2測線地質推斷解釋的剖面圖；圖3：第3測線地質推斷解釋的剖面圖）。

圖1是第1測線，在接近220m點的位置，這里的低阻從近地表的位置不斷深入，低阻所在的位置比較窄。根據物探探測結果可以明確，在210m至250m的測點，海拔高程50m的位置，視電阻率出現了異常，而且有很大的范圍，由此可以斷定，這里是溶隙灰巖發育的異常區域。

圖2是第2測線，這里的中心地帶為300m測點、海拔高程55m所在的位置，為低阻封閉區域。根據鉆探所獲得的資料以及采用物探的方法所獲得的資料，可以斷定這里是斷層破碎帶，里面有溶洞。

圖3是第5測線，測點在300m附近，這里的視電阻率比較低，從與地表接近的區域向深部延伸，電阻較低的范圍相對比較寬一些。在探測中結合使用物探探測方法，所獲得的結果與100m的測點基本一致。在海拔高程10m至90m所在的位置處形成了低電阻封閉范圍，視電阻率值可以達到幾百歐姆·米，通過這個結果可以對溶隙灰巖發育產生異常的區域范圍作出判斷，那么，這里就很有可能存在巖溶塌陷的問題。

總之，巖溶發育段出現巖溶塌陷，所存在的主要特點是其是沿著斷層帶發育，部分區域已經發育有巖石溶孔和溶隙，這樣的地段存在巖溶塌陷隱患。

5 結語

通過上面的研究可以明確，在研究區域出現巖溶塌陷，從分布情況來看，是沿著巖溶強烈發育的部位展開的，采用可控源音頻大地電磁法就可以將這些區域作出判斷。由于采用這種方法的探測深度比較大，橫向的分辨率和縱向的分辨率都比較高，就可以對強巖溶發育的區域確定下來，對巖溶塌陷的深度作出預測。

由于巖溶塌陷的規模不同，在各種因素的影響下形成，采用這種方法確定塌陷的區域，對于隱伏巖溶塌陷的具體位置進行探測的過程中，還需要結合使用雷達探測的方法、電磁波CT法等等，對塌陷的規模已經埋深作出準確的判斷，還可以探測到其中的充填物性。