地質(zhì)雷達(dá)方法在冬瓜山礦床探治水中的應(yīng)用

夏 旭，周貴斌

（冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000）

1 工程概況

為了更經(jīng)濟(jì)更快速地查明該導(dǎo)水構(gòu)造破碎帶的分布，利用地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法相結(jié)合的方式進(jìn)一步探明礦區(qū)60 線以北至71 線北西翼斷層、破碎帶、巖溶及地下水的分布特征及規(guī)律，為下一步探冶水工作提供依據(jù)。

1.1 探測(cè)巷道水文地質(zhì)特征

1.1.1 -790m 巷道水文與工程地質(zhì)特征

-790m 巷道位于青山背斜軸部，其范圍為60～72 線之間，揭露的地層有棲霞組、黃龍船山組灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r和石英閃長(zhǎng)巖體。坑壁多處于干燥狀態(tài)，其中大理巖中潮濕區(qū)主要分布在北西端；巖體中潮濕區(qū)分布于67 線南東端。

1.1.2 -850m 巷道水文與工程地質(zhì)特征

-850m 巷道位于青山背斜軸部，其范圍為60～76 線之間，揭露銅礦體、棲霞組——黃龍船山組灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r和石英閃長(zhǎng)巖體。坑壁多處于干燥狀態(tài)，其中大理巖中潮濕區(qū)主要分布在礦體北西端，少量分布在礦體南東端（70 線）；礦體中潮濕區(qū)分布于66 線北西端礦體與大理巖接觸帶處。

2 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)設(shè)備與工作原理

2.1 檢測(cè)設(shè)備

本次使用的儀器是意大利生產(chǎn)的RIS 型地質(zhì)雷達(dá)，針對(duì)本次檢測(cè)目標(biāo)的工程特點(diǎn)，采用工作頻率為80MHz 的天線，該儀器的特點(diǎn)是分辨率高，擅長(zhǎng)于進(jìn)行大數(shù)據(jù)量、高密度的連續(xù)探測(cè)并實(shí)時(shí)顯示彩色波形圖，比較適合本工程的檢測(cè)需要。

2.2 儀器構(gòu)成

RIS型地質(zhì)雷達(dá)，由主機(jī)、顯示器、天線（含發(fā)射機(jī)及接收機(jī)，本次使用80MHz 天線）、電源系統(tǒng)、連接電纜、操作軟件和后處理軟件組成。使用時(shí)天線貼在巷道襯砌表面，系統(tǒng)的其余部份均由測(cè)量技術(shù)員手持或背著。

2.3 工作原理

地質(zhì)雷達(dá)法通常是一種利用高頻至特高頻波段（及空氣中電磁波波長(zhǎng)10m 波段至分米波段）電磁波的反射法無(wú)損探測(cè)方法。在系統(tǒng)主機(jī)的控制下，發(fā)射機(jī)通過(guò)天線向巷道襯砌表面定向發(fā)射雷達(dá)波。垂直于巷道壁向襯砌及圍巖內(nèi)傳播的電磁波，當(dāng)遇到有電性差異（介電常數(shù)、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率不同）界面或目標(biāo)體時(shí)即發(fā)生反射，反射波被天線接收進(jìn)入接收機(jī)，并傳到主機(jī)，主機(jī)對(duì)從不同深度返回的各個(gè)反射波進(jìn)行放大、采樣、濾波、數(shù)字迭加等一系列處理，可在顯示器上形成一種類似于地震反射時(shí)間剖面的地質(zhì)雷達(dá)連續(xù)探測(cè)彩色剖面。

2.4 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)過(guò)程

（1）技術(shù)參數(shù)。本次檢測(cè)內(nèi)容主要為巷道含水情況及其他不良地質(zhì)體，采用的參數(shù)滿足檢測(cè)要求。

（2）測(cè)線布置及施做過(guò)程。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)探孔資料，沿巷道走向分別在左拱腰布置縱向測(cè)線，但巷道拱頂測(cè)試?yán)щy，拱腰測(cè)線離路面高度約0.5m 高。天線緊貼巷道壁，其他檢測(cè)設(shè)備由檢測(cè)人員手持或背著，對(duì)巷道左側(cè)壁測(cè)線進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)。但是檢測(cè)過(guò)程中存在下列影響檢測(cè)精度的問(wèn)題。①檢測(cè)過(guò)程中由于局部里程段，特別是洞口段有障礙物，故有的測(cè)線局部段未能檢測(cè)到。②巷道沿線較多壁面凹凸不平，雷達(dá)天線無(wú)法緊貼，故可能影響雷達(dá)測(cè)試精度。③現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境比較惡劣，濕度達(dá)到90%以上，溫度達(dá)到38°，對(duì)測(cè)試結(jié)果精度有一定的影響。2.5 探測(cè)區(qū)不良地質(zhì)的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果以50m 為一個(gè)標(biāo)記，分別對(duì)60～71 線的巷道全部進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試，潮濕區(qū)域雷達(dá)須好防水措施，以防雷達(dá)受潮無(wú)法使用。2.6 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果小結(jié)通過(guò)對(duì)-790m 水平和-850m 水平的地質(zhì)雷達(dá)波圖像的分析，61 線～70 線巷道的不良地質(zhì)探測(cè)見(jiàn)表1。

表1 -850m 水平沿線地質(zhì)雷達(dá)波形圖分析結(jié)果匯總表

表2 -850m 水平沿線高密度法分析結(jié)果匯總表

3 高密度電法探測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)-790m水平和-850m水平高密度電法圖分析，61線～70線巷道的不良地質(zhì)探測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

4 測(cè)試結(jié)果比較

地質(zhì)雷達(dá)法和高密度電法的異同：地質(zhì)雷達(dá)法和高密度電法均為物探手段，都屬于無(wú)損檢測(cè)方法。所不同的是，地質(zhì)雷達(dá)是基于電磁波理論，發(fā)射的遇到有電性差異（介電常數(shù)、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率不同）界面或目標(biāo)體時(shí)即發(fā)生反射，反射波被天線接收進(jìn)入接收機(jī)，并傳到主機(jī)，主機(jī)對(duì)從不同深度返回的各個(gè)反射波進(jìn)行放大、采樣、濾波、數(shù)字迭加等一系列處理，可在顯示器上形成一種類似于地震反射時(shí)間剖面的地質(zhì)雷達(dá)連續(xù)探測(cè)彩色剖面；而高密度電法以圍巖的電線差異為基礎(chǔ)，通過(guò)程控式多路電極轉(zhuǎn)換器選擇不同的電極組合方式和不同的極距間隔，自動(dòng)改變供電電極與測(cè)量電極的距離和位置，并進(jìn)行疊加觀測(cè)，以便測(cè)量不同深度的電位差值，并可實(shí)現(xiàn)資料處理與解釋的計(jì)算機(jī)程序化，繪制的斷面圖異常突出，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的綜合解釋，可有效分析地質(zhì)情況。

對(duì)比分析探測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所探測(cè)出的富水區(qū)基本一致，具體結(jié)果見(jiàn)結(jié)論。需要指出的是，高密度電法探測(cè)出的云圖既可探測(cè)富水構(gòu)造，也可以探測(cè)弱裂隙水區(qū)域；地質(zhì)雷達(dá)也可以探測(cè)富水構(gòu)造和弱裂隙水區(qū)，但是對(duì)多重富水區(qū)的探測(cè)存在困難。因此，實(shí)際工程可結(jié)合多種手段進(jìn)行探測(cè)。

5 結(jié)論

結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)和高密度電法兩種物探手段，綜合分析了地質(zhì)雷達(dá)波圖像及高密度電法電阻率云圖，巷道的整體不良地質(zhì)和地下水探測(cè)總結(jié)如下：

（A）-790m 水平探測(cè)結(jié)果.

（1）富水區(qū)：

(Ⅰ)63 線左右15m 范圍內(nèi)（寬30m）,離左洞壁深約5m～12m，存在富水區(qū)。

(Ⅱ)64 線前后15m 范圍內(nèi)（寬約30m），離左洞壁深約10m～20m，存在富水區(qū)。

(Ⅲ)65 線往66 線整段范圍內(nèi)，離左洞壁深約11.5m，存在富水區(qū)。

(Ⅳ)66 線至67 線整段范圍內(nèi)，離左洞壁深約12.5m，存在富水區(qū)。

(Ⅴ)69 線往70 線5m～15m 范圍內(nèi)，離左洞壁深約12.5m，存在富水區(qū)。

（2）弱裂隙水區(qū)：

(Ⅰ)61 線往62 線方向9m～17m 范圍內(nèi)，離左洞壁深10m，存在弱裂隙水區(qū)。

(Ⅱ)70 線往71 線范圍內(nèi)0m～18m，離左洞壁深約12.5m，存在弱裂隙水區(qū)。

(Ⅲ)68 線往69 線9m～22m 范圍內(nèi)，離左洞壁深約9m，存在弱裂隙水區(qū)。

(Ⅳ)62 線前后6m 范圍內(nèi)（寬約12m），離左洞壁深約5m～15m，存在弱裂隙水區(qū)。

(Ⅴ)62 線往63 線20m～30m 范圍內(nèi)（寬約10m），離左洞壁深5m，存在弱裂隙水區(qū)。

（B）-850m 水平探測(cè)結(jié)果

（1）富水區(qū)：

(Ⅰ)61 線往62 線15m～35m 范圍內(nèi)（寬約20m），離左洞壁深約19m，存在富水區(qū)，并往礦體內(nèi)部延伸。

(Ⅱ)62 線往63 線12m～24m 范圍內(nèi)（寬12m），離左洞壁深約5m～10m，存在富水區(qū)。

(Ⅲ)63線往64線方向35m～50m范圍內(nèi)，離左洞壁深約10 m，存在富水區(qū)。

(Ⅳ)64 線往65 線40m～50m 范圍內(nèi)（寬10m），離左洞壁深約5m～10m，存在富水區(qū)。

(Ⅴ)65 線往66 線方向整段范圍內(nèi)，離左洞壁深約11.5m，存在富水區(qū)。

(Ⅵ)66 線往67 線0m～15m 范圍內(nèi)（寬約15m），離左洞壁深約8m，存在富水區(qū)。

(Ⅶ)68 線往69 線方向20m～50m 范圍內(nèi)，離左洞壁深約8m，存在富水區(qū)。

(Ⅷ)69 線往70 線方向整段范圍內(nèi)，離左洞壁深約6m，存在富水區(qū)。

（2）弱裂隙水區(qū)：

(Ⅰ)61 線往62 線方向0m～13.5m 范圍內(nèi)，離左洞壁深約12m，存在弱裂隙水區(qū)。

(Ⅱ)62 線往63 線方向4.5m～12m 范圍內(nèi)，離左洞壁深約10m，存在弱裂隙水區(qū)。

(Ⅲ)63線往64線方向8m～35m范圍內(nèi)，離左洞壁深約10 m，存在弱裂隙水區(qū)。

(Ⅳ)64線往65線方向0m～40m范圍內(nèi)，離左洞壁深約11 m，存在弱裂隙水區(qū)。

(Ⅴ)66 線往67 線方向15m～50m 范圍內(nèi)，離左洞壁深約13m，存在弱裂隙水區(qū)。

(Ⅵ)67 線往68 線方向21m～50m 范圍內(nèi)，離左洞壁深約16m，存在弱裂隙水區(qū)。

此外，66 線往67 線方向13m～19m、30m～39m 圍巖存在不連續(xù)結(jié)構(gòu)面，整體性差；67 線往68 線方向20m～50m 范圍內(nèi)圍巖存在不連續(xù)結(jié)構(gòu)面，整體性差。