高密度電法物探技術在某礦區勘察中的應用

湯 浩，陳 杰

（中水珠江規劃勘測設計有限公司，廣東 廣州 510611）

近年來，我國采礦行業迅猛發展。部分礦產企業盲目追求經濟效益，對煤炭、金屬礦等礦產資源進行大規模、無節制開采，這使得地下空間形成大片的采空區，加劇了地表沉陷。通過對地質災害的誘導因素的調查分析可知，首當其沖的就是礦區。隨著礦產資源開發程度的增大，地下采空區覆蓋范圍的擴張，地質環境逐步惡化，淺表地層開裂、地面凹陷積水以及地表大規模沉陷等地質災害問題的發生率也隨之上升[1]。

1 高密度電法物探技術的原理、裝置形式與數據處理方式

1.1 高密度電法物探技術的原理

高密度電法物探技術與常規直流電法物探技術的原理相似，都是建立在穩定電流場空間分布的原理基礎上的。與常規直流電法物探技術相比，高密度電法物探技術的自動化程度更高，資源信息采集效率更快，且信息結果更加精確。高密度電法物探技術的原理如下所述[2]。

在正式勘測前，將大量的電極布置在與勘測空間范圍內，由于電極數量超過一定限度，可以實現不同空間范圍電極的自由組合。當向地下空間中人工輸送電流時，可以在地下空間中形成一個穩定的電流場，實現對整個勘測區域的全方位無死角覆蓋勘測。與此同時，接入自動轉換裝置，還可以在采集與分析資源信息的基礎上，實現信息的交互轉換[3]。

1.2 高密度電法物探技術的裝置形式

從本質上來說，高密度電法物探技術的裝置形式是在勘測過程中不同空間范圍電極的交互結合方式。電極的交互結合方式不同，產生的勘測結果也存在一定差異。例如，持續勘測周期、勘測深度與勘測精準性等各不相同。按照電極交互結合方式差異，可將高密度電法物探技術的裝置配置形式劃分為如下幾類：施倫貝爾裝置、偶極裝置、微分裝置、偶極裝置以及溫納對稱四極裝置等[4]。

由于各區域的地下采空區的覆蓋范圍與分布密度不同，所以勘測人員要結合實際情況，采用對應類型的技術配置形式。例如，充分考慮采空區覆蓋范圍、地下資源開發深度和淺表層與深土層土壤厚度，選擇合理的技術配置形式，加強勘測結果的精確性。

1.3 高密度電法物探技術的數據處理方法

高密度電法物探技術主要是利用數據處理軟件對測網與測線數據進行采集整合。按照高密度電法物探技術裝置配置形式和勘測空間范圍內的電極分布情況，對采集的資源數據展開排列、預處理和格式結構轉換。在此過程中，對海量化的資源數據實行篩選精分，及時且精確的剔除不符合客觀規律的數據信息，以免影響整體勘測結果的精確性。根據視電阻率斷面圖，對勘測區域的地質構造特征、地質結構條件及礦產分布規律展開深入分析，且作出合理解釋。總而言之，在礦區勘察作業中，合理利用高密度電法物探技術，可以根據獲取的礦區地質結構特征信息，全面了解采空區分布情況，從根源上消除安全隱患，降低發生地質災害事故的概率[5]。

2 高密度電法物探技術在某礦區勘察中的應用

2.1 礦區地質特征

對于礦區地質特征的了解，要從地層和構造兩部分進行，本次研究所選礦區的地質特征總結如下：

2.1.1 地層

礦區所在位置的地層是隸屬于塔里木南疆地層大區、塔里木低層區和分區中的一個小區內，區域內存在較多的中新生界地層，并以侏羅系和第四系為主[6]。

一是侏羅系。分為三種情況：其一，統塔里奇克組。該地層以河流相及泥炭沼澤相為主，土層結構以砂巖、粉砂巖構成，是區域內的含礦層位之一。區域內的工業礦層數量較多，厚度在73m~420m不等，上下分別銜接著黃山街組和侏羅統阿合組。該組是由三個旋回組成的，每個旋回下部巖層都適宜綠灰色、灰色砂巖和砂礫巖為主，縱橫交錯[7]。

其二，統阿合組。該結構又被稱之為標準砂層巖，以單一礦石結構為主，硬度較高，被看做是陡峭的單面山結構。該地層具備三角洲特征，是河床相與河流交界處，內部巖石結構以粗碎屑巖為主。不過區域內巖性和巖相的變化特征并不顯著，且多以上夾泥巖和礦線為主，厚度在200m~527m左右[8]。

其三，統陽霞組。該組是由河流相、泥炭沼澤相、湖泊相共同組成的，有灰白、黃灰綠色粗砂巖、砂狀砂巖、細砂巖、粉砂巖、炭質泥巖及礦層組合，是一個較為復雜的地層結構。在該地層中含有少量的孢粉化石。總體厚度以212m~628m不等。在該地層的調查中了解到，其中包含礦物特性可分為四種情況，即炭質泥板巖段、B含礦段、砂礫巖段、下含礦段。炭質泥板巖段中涵蓋泥板巖、泥質粉砂巖、粉砂巖，另外三層則因分布不均衡，被統稱為含礦段，該段包含兩個完整旋回。

二是第四系。該層位于礦區南部，伴隨著沼澤和鹽漬化現象，厚度在幾米到十幾米不等。由土壤層、卵礫石和砂構成。沼澤沉積層僅分布于礦區內東向沖溝側，多呈條塊狀，有泉水出

露，地下水位埋深較淺。地層巖性主要為粉土、粉質粘土、淤泥，普遍有腐植層，飽含水分，富含植物根系，厚度0.3m~1.2m。

2.1.2 構造

礦區構造相對地層來說要簡單很多，以斷裂阿一斷層和阿二斷層為主，結合礦區不同走向，可將其劃分為東西向、北東和北東動向、北西和北西西向這三個斷層結構。

2.2 地球物理特性

礦區的整體地勢呈平坦狀，地形地貌受到后期礦產資源開發的影響較大。本次物探工作將選擇礦區西部防洪景觀大壩作為勘察重點區域，區域地層結構為第四系沼澤沉積層、第四系卵礫石層、侏羅系阿合組地層、侏羅系塔里奇克組上段、侏羅系塔里奇克組下段。礦石電性會隨著外部物理條件的變化而發生改變。

在外部物理條件處于理想狀態下時，對于后期構造的影響相對較小，這時電性的變化會呈現視電阻率大，新地層視電阻率小的特征。但如果外部物理條件發生改變，局部區域內礦層存在破碎、斷裂、錯動等情況，視電阻率的變化更加明顯，在細砂巖、粗砂巖及礫巖結構對比上，含水率會逐漸提升，但視電阻率會逐漸下降。構造發育附近的地層結構，如果出現錯位、褶皺、巖溶發育，地層會產生裂縫，為地層水體富集提供良好空間。當裂隙充水時，在縱向和橫向上都打破了原有電性故有變化規律，呈現相對低阻。電法勘探正是利用巖層之間及巖層與異常體之間的電性差異，以區分不同的地質巖層，劃分低阻異常，分析測區水文地質情況的。

2.3 高密度電法物探技術應用中的工作參數選擇

本礦區在應用高密度電法物探技術實訓勘察時，選用二維集中式高密度電阻率儀完成外界數據的收集和處理，利用溫納裝置收集視電阻率變化情況。在高密度電阻率法中，溫納裝置與異常對應間的關系較好，可提高數據獲取精準度。最早在使用過密度視電阻率法時，一般會通過三電位電極系開展測量工作。該測量系統包括溫納裝置、偶級裝置和微分裝置，通過這些裝置間的連接運用，確保電極轉換的合理性。該系統展開測量活動，能夠獲得三個較為精準的電極排列參數。

溫納裝置自身對視電阻率的感應是較為敏感的，用其開展目標探測，能夠準確獲取區域地層結構數據。在溫鈉裝置設置中，系數一般控制在2πa，雖然較其他裝置系數小，但在同樣情況下，可觀測到較強的信號，可以在地質噪聲較大的地方使用。另外，由于該裝置系數小，在同樣電極布置情況下，探測深度也小，且溫納裝置的邊界損失較大。

2.4 典型剖面解釋

該剖面從西向東主要以河漫灘、人工大壩、塔里奇克上段地層結構為主，在勘察時共設置500個點位（如圖1），不同點位位置及獲取數據資料分別為：

200~440點，該點位與地表距離較近，深度在0m~15m之間。區域內存在低阻異常情況，視電阻率為200Ω.m左右，由于異常區域與地表距離較近，且呈現連續性分布特征，推測該層內可能含有較多的廢物廢料及沼澤沉積層，存在電性為人工堆積形成的。

460~510點，屬于淺部位置區，深度在10m~20m左右，該區域存在較為高阻異常情況，視電阻率可達到400Ω.m~1000Ω.m之間。異常情況分布以層狀為主，所以推測該區域的電性以第四系卵礫石反應為主。

0~80點，屬于中阻異常區域，視電阻率值為250Ω.m~400Ω.m，屬均勻性變化特征，該層電性推測為阿合組礫巖。

80~200點，上部結構，與淺部區一樣都屬于高阻異常區，不過該區域的視電阻率呈現不規則分布形態，所以推測其電性反應以不含水的塔里奇克組上段的細砂巖為主。不過在深層的下部結構，高阻異常逐漸轉變成低阻異常，視電阻率值為200Ω.m以下，異常形態變化不大，推測為塔里奇克組上段細砂巖的電性反應。該套巖性賦水性強，周圍有一定的水源供給，故該礦山勘查區地層深部可能含有地下水。

200~500點，屬于中深部。分為上下兩部分，上部為層狀高阻異常區，視電阻率為400Ω.m~1000Ω.m。該區域由于地層結構相對完好，裂縫數量少，發育較完全，相應的視電阻率也會較高。下部則為中低阻異常區，視電阻率值為100Ω.m~200Ω.m，且呈現異常變化特征。同時在對下部勘察中，發現深部的視電阻率最低，這可能與區域內破碎充水情況顯著有關。

圖1 線高密度成果圖

2.5 結論

礦區地層的電性以層狀分布為主，不同地層之間存在的視電阻率存在明顯界限，相互之間影響較小；斷裂結構區域存在的錯動情況顯著，通過勘察了解到，深部斷層縱斷面的分層情況明顯，而其他區域的視電阻率異常則較為顯著，會根據形態變化而發生改變；塔里奇克組上下段砂巖結構處于低視電阻率區域，內部礦石的含水性較好。再加上結構構造發育完整，為水分存儲提供良好空間。不過若想實行礦石開采，還需對該區域特征予以詳細分析，進而制定合理的開采方案。

3 結語

希望本文論述，可以使從業人員對高密度電法物探技術在礦區勘察中的應用有所了解，并在日后工作中加大該技術的應用，準確了解礦區實際情況，掌握地下結構特征，從而維護作業的安全性以及工程的綜合效益。