曹 偉

（貴州省地質礦產勘查開發局一0六地質大隊，貴州 遵義 563000）

巖溶是鋁土礦勘查的重點關注對象，由于巖溶發育隱蔽性強，容易給礦產勘查帶來諸多施工和安全難題，可能導致漏漿、脫鉆等事故，影響施工進度，提高勘察成本，甚至造成巨大的安全威脅和財產損失。脈沖瞬變電磁法（TEM）法是利用介質在一次電流脈沖場激勵下會產生渦流，在脈沖間斷期間渦流不會立刻消失，其周圍空間會形成隨時間衰減的二次場。二次磁場隨時間衰減規律主要取決于目標體的導電性、體積規模、埋深，以及發射電流的形態和頻率，因此可以通過接收線圈測量的二次場空間分布形態來了解地下介質的空間分布。

1 鋁土礦區地質及地球物理特征

1.1 鋁土礦區地質

貴州黔北某地區鋁土礦區主體構造是新模向斜，為一大致呈北北東-北東向展布、向西傾伏、向南側伏、東緩西陡的不對稱向斜，斷裂構造主要為重力滑移斷裂正斷層(F1、F2、F3)及逆斷層F4、F5、F6。礦區內出露地層由老至新依次有志留系下統韓家店組，石炭系上統黃龍組，二疊系下統大竹園組、二疊系中統梁山組、棲霞組、茅口組，二疊系上統長興組、吳家坪組，三疊系下統夜郎組、嘉陵江組及第四系。其間缺失志留系中、上統，泥盆系和石炭系大部[1]。

1.2 巖溶發育特征

通過收集普查—初勘階段和本次施工的鉆探資料，統計鉆遇溶洞情況如下：勘查區以往勘查施工鉆孔10個，其中6個孔見溶洞，主要集中在地表100m以淺范圍，在P2m3～T1y2地層、640m～1100m標高范圍均有溶洞發育，溶洞最大為8.41m，最小為1.14m；本次勘探施工2個鉆孔，有1個鉆孔遇16m大溶洞。

根據以上鉆探資料，結合地表調查的落水洞、溶洞、洼地等巖溶個體形態，綜合分析礦區巖溶發育特征、空間展布特征：

（1）地表巖溶發育特征。礦區地表巖溶主要集中在上壩場、巖口塘等地。封閉洼地內主要發育落水洞和豎井，眾多的封閉巖溶洼地大小不一，巖溶發育程度不一。上壩場巖溶發育在海拔1350m～1400m之間，主要集中發育在茅口、棲霞組（P2m+q）地層中。

（2）地下巖溶發育特征。地下隱伏巖溶主要密集分布在Ⅴ號和Ⅵ號礦段，從施工鉆孔溶洞的起止深度和充填情況，發現由上至下溶洞從密至稀，規模由大至小，由空洞逐漸變為半充填溶洞[2]。地下巖溶發育呈網脈及樹枝狀，鉆孔遇溶洞、裂隙分布在海拔高程551.03m～1598.54m范圍；其中Ⅵ號礦段鉆孔編號尾號為4和6為巖溶集中發育帶。

1.3 地球物理特征

利用DZD-8型多功能全波形直流電法儀進行小四極法現場露頭實測。工作區主要出露為二疊系吳家坪組、棲霞-茅口組、大竹園組及石炭系黃龍組灰巖、志留系韓家店組頁巖、粘土巖(鋁土巖或鋁土礦)以及第四系浮土，各出露地層巖（礦）石電性參數統計如表1所示。

表1 工作區地層物性參數表

出露地層巖（礦）石平均電阻率由灰巖→燧石結核灰巖→鋁土礦化→頁巖→第四系浮土依次降低。其中，棲霞-茅口組灰巖電阻率平均值為3376.8Ω·m，最高達5304.26Ω·m，呈高阻反映；其次為黃龍組灰巖，平均值為2546.20Ω·m，同樣表現為高阻特征；鋁土礦、第四系浮土、頁巖電阻率均較低，與灰巖相比具有明顯電性差異。

本次工作目的任務為查找碳酸鹽巖（灰巖）地層隱伏巖溶，工作區出露地層主要為二疊系茅口組、吳家坪組、長興-夜郎組地層。現結合以往類似隱伏巖溶勘查經驗分析：

（1）地下水電阻率比較低（一般ρ=n×10Ω·m），巖石因構造活動破碎且不同程度含水相對圍巖表現為低電阻率特征；巖體因溶蝕形成溶洞，破壞了巖體完整性，當巖溶規模較大且為空洞含空氣時，巖溶相對圍巖表現為極高電阻率特征；若溶洞含水相對圍巖表現為低電阻率特征，當溶洞受淤泥填充時電阻率將進一步降低。

（2）巖溶發育帶在視電阻率擬斷面圖上表現為低電阻率等值線密集帶或低值封閉圈，在平面圖上一般表現為明顯的低阻異常帶。

（3）從本次鉆探鉆遇溶洞情況來看，隱伏巖溶主要在茅口組灰巖地層，規模一般在3m～20m不等。

綜上所述，地質體與圍巖間存在明顯電性差異，即在本區具備運用物探電法尋找地下隱伏巖溶空洞分布情況的地球物理前提。

2 瞬變電磁法的應用要點

系統收集礦區以往地質礦產勘查、地球物理勘查資料，在初步了解工作區概況及巖（礦）地球物理特征的基礎上，對重點工作區開展物探瞬變電磁法及高密度電法測量。根據本次物探勘查目的任務，在礦區Ⅱ號礦段布設物探瞬變電磁法測量，以查找深部隱伏巖溶，為鉆探施工及礦區工程地質提供地球物理依據。

（1）測地方法及技術。測地工作采用儀器為久測公司代理的思拓力S3型RTK測量儀2臺，儀器技術參數指標均達標，滿足測量工作要求。根據設計方案，在布設剖面上進行物探工作，按剖面計算各測點位理論坐標。測地工作采用網絡RTK放樣確定點位，并將測點系紅色布條作為標記。

工作開始前在勘查區附近找兩個以上已知GPS控制點對RTK測量儀進行坐標系參數轉換校正。在室內計算測點理論坐標值，導入RTK測量儀中[3]。在放樣模式下，用RTK接收機導航至測點點位，讀取并記錄該點三維坐標值。將RTK測量儀中測得的數據傳輸到計算機上進行編輯、整理并做好數據存儲保存。

（2）瞬變電磁方法技術。瞬變電磁法（TEM）采用儀器為西安強源物探研究所研制的EMRS—2B型電磁礦產勘探儀。根據勘查區地球物理條件、勘探目的任務及實地測定點位，沿剖面正向（或反向）做順序觀測，調整供電電流、觀測疊加次數等參數，多次測量數據，根據衰變曲線形態特征，選擇數據最優時存儲，當異常出現時進行重復觀測檢查，并存儲檢查數據。地形條件差時采取人工抬平測量線框裝置以消除地形影響，當點位落在固定障礙物或地形危險地段時，就近移動點位儲存移點后的三維坐標，保存對應觀測數據。

工作裝置及相關參數：本次測量采用重疊回線裝置，供電脈沖寬為4ms、供電電流在1100A左右；采樣率為80μs，采集400道數據，濾波合成22道：80μs～19.4ms；供電疊加選擇4～8次，在有干擾處適當增加到16次；接收回線邊長為3m×3m×6匝。

（3）測網布設。根據以往在碳酸鹽巖地區開展的瞬變電磁法勘查結果（見圖1），設計鉆孔ZK118009位置處視電阻率表現為中高阻、高阻顯示，處于巖溶發育風險區邊緣。利用掃面成果在該位置布設鉆孔，鉆探施工過程中在295.52～305.80m鉆遇溶洞,溶洞深11.28m。導致鉆孔報廢。為進一步查明隱伏巖溶，指導鉆孔位置，以該鉆孔為中心加密布設點線距為10m×10m的測網進行補測（見圖2）。

圖1 物探瞬變電磁法40×20m視電阻率平面異常圖

圖2 物探瞬變電磁法10×10m補測工作布置圖

通過補測發現（見圖3和圖4），鉆孔ZK118009深部隱伏巖溶較為發育，在5號測線5號測點位置深部存在明顯低阻異常，與鉆遇溶洞位置吻合度較高，建議鉆孔移至2號測線2號測點，最終順利終孔。由此可知，10×10m相比40×20m測網探測網度為10m×10m的網度效果較好，可靠性較高，如網度放稀，其探測成果可靠性較低，不能有效探測溶洞空間展布。

圖3 物探瞬變電磁法10×10m視電阻率斷面異常圖

圖4 物探瞬變電磁法10×10m視電阻率平面異常圖

本次工作區地形切割較大，坡度相對較陡，對探測精度難免造成一定影響，為降低鉆遇巖溶風險，克服物探因多解性造成的解譯誤差，最大限度查明鉆孔位置巖溶發育情況，更好配合鉆探、水文查明礦區工程地質條件提供地球物理支撐，本次結合以往工作經驗，擬布設點線距為10m,網度為7×9的測網開展物探測量工作，即在鉆孔位置布設7條剖面，每條剖面9個測點。物探剖面方向與地質勘查剖面方向一致，點線號按至西向東、由南向北的原則編排。

（4）數據處理。首先對野外數據進行100%的復核驗算，對工作中有高壓線及通訊電纜穿過，測點受高壓線及民用電線等人文干擾，衰減曲線上某些頻點數據出現非正常跳動或突變。利用隨機配置軟件對受干擾的原始數據進行濾波和剔除畸變數據，消除儀器噪聲、天然電磁噪聲和人文噪聲等引起的異常畸變。然后通過煙圈理論的反演公式計算空間視電阻率數據。并運用SUFER軟件對計算結果數據繪制相應圖件，具體處理流程如圖5所示。

圖5 TEM數據處理流程圖

（5）圖件繪制。數據經上述處理，得到各斷面視電阻率數據、白化數據；同時根據需要切取部分標高帶平面坐標（Y,X）的視電阻率數據，再利用surfer、Mapgis等繪圖軟件繪制視電阻率擬斷面圖和視電阻率平面等值線圖。

實測數據經計算處理，繪制了相應的視電阻率斷面推測解譯圖及平面切圖（見圖6和圖7），其中：斷面推測解譯圖橫坐標為剖面長度，縱坐標為海拔標高，藍～綠～黃～紅色填充區域分別代表低～中～高電阻率異常區，紅色實線為擬設鉆孔位置，藍色虛線為物探建議孔位，黑色虛線封閉圈為電阻率低阻異常；各鉆孔分別以20m海拔標高間距切取了16個不同海拔標高平面等值線圖，圖中橫坐標為平面Y坐標，縱坐標為平面X坐標（直角坐標系/2000坐標系），藍～綠～黃～紅色填充區域代表低～中～高電阻率異常區。

圖6 ZK4526鉆孔物探(TEM)視電阻率斷面圖

圖7 ZK4526鉆孔物探(TEM)視電阻率平面切圖

3 應用效果

（1）異常分析。從該礦區擬布鉆孔物探(TEM)視電阻率斷面成果圖來看，ZK4924低阻異常相對較強，且規模較大，ZK4526、ZK4930異常較弱，規模較小，即表明隱伏巖溶主要集中發育在ZK4924一帶，發育深度一般在200m～400m范圍，巖溶規模大小不一，相互連通充水的可能性較大。根據設計鉆孔深度，巖溶發育最深部位距離礦層較薄，當礦山開發利用時需注意巖溶管道水或突泥的影響，做好有效措施，避免安全事故發生。

（2）鉆探驗證。已施工完成的17個物探指導鉆探定孔均未鉆遇較大溶洞，有效規避了巖溶導致脫鉆、卡鉆的風險，降低了鉆探成本。根據物探異常特征結合各鉆孔柱狀圖及野外地質記錄簿對鉆孔進行驗證對比，見表2。

表2 物探專項調查鉆孔驗證情況表

4 結論

通過前期鉆探鉆遇溶洞情況及本次物探專項調查解譯成果，對各礦段巖溶發育及分布特征作了進一步分析，綜合推測了巖溶發育規律，為勘查區工程地質及水文地質調查提供了地球物理信息。該工作區利用物探瞬變電磁法勘查能有效規避了巖溶空洞對鉆探的影響，降低了施工風險，從而降低了鉆探成本，提高了工作效率，表明物探瞬變電磁法可在巖溶區礦產勘查中具有推廣價值。