綜合物探方法在礦山生態環境治理工程上的應用

楊承志

（江西省核工業地質調查院，江西 南昌 330038）

1 高密度電法工作原理

高密度電法是環境地質調查的有效方法，通過觀測和研究人工建立的地下穩定電流場的分布規律從而達到解決地質問題的目的[1]。高密度電法和常規電法一樣，通過A、B電極向地下供電流I，在M、N極間測量電位差△V，從而可求得該點（M、N的中點）的視電阻率ρ=K·△V/I，K為裝置系數。

由于在復雜地形和異常邊界條件下用解析法求解拉普拉斯方程存在困難，因此理論計算部分主要是求解給定邊界條件下簡單地電條件的位場分布。設在水平地表通過兩供電電極A、B向地下供電，電流為I，均勻、無限、各向同性介質的地下半空間電阻率為ρ，則地表任意兩測量電極M、N間的電位差為：

從而求得均勻大地電阻率為：

式中：AM、BM、AN、BN 由A、B、M、N 四個電極間的相對位置決定。

高密度電阻率法的各種采集裝置的不同也是根據A、B、M、N四個電極的變換方式不同確定的[2]。

2 探地雷達法的原理

探地雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）是一種利用頻率介于106Hz～109Hz的無線電磁波確定地下介質分布的一種勘探方法。由于采用的是高頻帶、寬頻帶、短脈沖和高速采樣技術，所以其探測精度高于普通的地球物理勘探手段[3]。

該方法利用發射天線向地下媒質發射廣譜、高頻電磁波（脈沖寬為數納秒以至更小，主頻十數兆赫茲至數百以至千兆赫茲），發射天線發射的電磁波在地下傳播過程中因介質介電常數的差異而在分界面處發生反射而被接收天線接收。儀器通過對接收數據包括接收電磁波的振幅、波形、相位、雙旅程時等參數進行分析處理，再結合工程地質情況確定地下目標體的位置、結構及形態等特征[4]。

3 方法實驗對比分析

如圖1測線布置圖所示，在1#酸性水調節庫的西側部位布置一條方位角110°，長度1200米的測線S1，地表穿過第四系、混合巖地層的測線，進行高密度電法及音頻大地電磁法（AMT）組合試驗。

圖1 測線布置圖

如圖2物探勘查S1線音頻大地電磁法與高密度電法解釋對比圖，通過分析S1測線音頻大地電磁法反演電阻率特征及地質資料，推測覆蓋層厚度約0.8m～32.6m，覆蓋層厚度變化范圍較大，其中東端厚度較大，由于東端廢石堆土造成；劃分了新鮮基巖面（中-弱風化界面）的位置。

圖2 物探勘查S1線音頻大地電磁法與高密度電法解釋對比圖

在平距218m～298m，埋深61.7m～14.9m，存在一低阻異常區，推測為裂隙發育區。

S1測線高密度整體上視電阻率值大約為100Ω?m～800Ω?m，結合地質資料、鉆孔資料，推測剖面整體為混合巖的電性反應。表層為素填土、淤泥質土覆蓋。對電阻率剖面圖進行分析，推測此剖面的覆蓋層厚1.5m～30.2m，強風化混合巖層厚度1.3m～9.9m，下伏為中風化混合巖層。

在平距132m～154m，埋深80.1m～70.2m，平距182m～200m，埋深127.6m～111.6m；平距280m～498m，埋深79.7m～66.8m；平距660m～736m，埋深64.7m～54.3m；平距750m～786m，頂部埋深56.3m，存在低阻異常區，推測為裂隙發育區。高密度電法相比音頻大地電磁法淺部信息更加豐富，可以看出高密度電法更適于在該區域開展工作。

4 西2#壩垂直帷幕區解譯

如圖1測線布置圖所示，在西2#壩垂直帷幕區解譯西2#壩垂直帷幕區及附近共布置G1、G2兩條平行高密度測線及T9一條探地雷達測線。其中，G1線位于測區西2#壩垂直帷幕線上，G2位于G1測線北西向40m處，T9線位于西2#壩垂直帷幕上。

如圖3物探勘查G1、G2線高密度電法視電阻率反演斷面及解釋圖，G1測線整體上視電阻率值大約為400Ω?m～1800 Ω?m，結合地質資料、鉆孔資料，推測剖面整體為混合巖的電性反應。表層為黏性土、混合巖中風化物及其巖石碎塊覆蓋。對電阻率剖面圖進行分析，推測此剖面的覆蓋層厚3.2m～9.5m，強風化混合巖層厚度1.2m～10.9m，下伏為中風化混合巖層。2#壩垂直帷幕區在測線平距位置251m～337m，覆蓋層厚度2.5m～5.2m，強風化層厚度1.0m～4.4m，該范圍內未發現電阻率異常。

圖3 物探勘查G1/G2線高密度電法視電阻率反演斷面及解釋圖（上G1圖，中G2圖）、T1線探地雷達法成果圖（下T1圖）

在平距109m處，存在一低阻異常帶，推測為隱伏斷裂TF1的電性反應；在平距387m～402m，埋深91m～70m，存在一低阻異常區，推測為裂隙發育區Y21，該裂隙發育區封閉；在平距487m～525m，頂部埋深80m，存在一低阻異常區，推測為裂隙發育區Y22，該裂隙發育區未封閉。

平行測線G2的電阻率特征與G1測線，整體上一致。視電阻率值大約為400Ω?m～1800 Ω?m，結合地質資料、鉆孔資料，推測剖面整體為混合巖的電性反應。表層為黏性土、混合巖中風化物及其巖石碎塊覆蓋。對電阻率剖面圖進行分析，推測此剖面的覆蓋層厚2.8m～8.5m，強風化混合巖層厚度1m～7.5m，下伏為中風化混合巖層。

在平距142m，出現的低阻異常帶推測為北西向斷裂TF1在G2測線上的反應，斷裂走向北西向；在平距437m～463m，埋深71m～41m，出現的低阻異常區，推測為裂隙發育區Y21向北西向延伸的異常反應，可見Y21延伸長度大于40m；在平距519m～550m，頂部埋深90m，出現的未封閉低阻異常區，推測為裂隙發育區Y22向西部延伸的異常反應，可見Y22延伸長度大于40m。

為了進一步準確探測2#壩垂直帷幕區的地層分布情況及裂隙發育情況，我們在帷幕區布置了一條T1雷達測線，該測線長度46m，對應高密度測線的平距位置是281m～327m，測量點距0.1m。根據該測線的雷達波形態勾畫了該斷面地層的分布情況。第四系覆蓋層厚度3.3m～4.9m，強風化層厚度1.6m～4.3m，下伏為中風化層，雷達檢測該剖面也未發現異常，具體見圖3。

5 結論

（1）本文從實驗線S1的高密度電法與音頻大地電磁法效果對比，發現高密度電法與音頻大地電磁法都是成熟且被廣泛使用的電法及電磁法測量工具，兩者都有各自的適應范圍，在本文音頻大地電磁法對海拔0m標高下的電性特征反應更精細，只劃分了新鮮基巖面（中-弱風化界面）；高密度電法海拔40m標高以上的電性特征反應更加明顯，劃分了強風化層、中風化層。從而，可以看出高密度電法更適于在該區域開展工作。

（2）通過在西2#壩上及帷幕上開展探地雷達法、高密度電法，對該區進行地下電性結構的探測，探測發現高密度電法能夠較好的反應地下不良地質體的分布位置及異常范圍，兩平行測線反應的結構一致性較高；探地雷達對地層的分布情況反映較好。該方法組合能夠推廣應用于礦山修復工作中。