综合物探在地面塌陷区探测中的应用

综合物探在地面塌陷区探测中的应用

李璐

中国煤炭地质总局第一勘探局科教中心河北邢台054000

摘要：随着科学技术的发展，我国的综合物探技术有了很大进展，并在地面塌陷中得到了广泛的应用。现阶段对溶岩地面塌陷的区域进行探测的方法中没有一种能全面的解决所有的问题。因此，我们需要应用多种方法进行勘探，全面实施岩溶地面塌陷的地质勘查。本文以某铁矿为例，采用高密度电法和地质雷达法探测，取得了较好的物探结果，为广大相关人员提供理论指导和经验借鉴。

关键词：高密度电法；地质雷达；岩溶地面塌陷

引言

岩溶塌陷是由于可溶岩(以碳酸岩为主，其次有石膏、岩盐等)中存在的岩溶洞隙而产生的。在可溶岩上有松散土层覆盖的覆盖岩溶区，塌陷主要产生在土层中，称为“土层塌陷”，其发育数量最多、分布最广;当组成洞隙顶板的各类岩石较破碎时，也可发生顶板陷落的“基岩塌陷”。目前，探测塌陷区主要以物探为主，钻探验证的方法。其中物探的主要方法有高密度电法、瞬变电磁法、地质雷达探测发及钻孔电磁波CT。

1工程地质

塌陷区位于一铁矿开采区内。该区在距地面深度165m以下为铁矿老开采区，在地面二次塌陷前已采取井下充填和地表勘查钻孔充填相结合的综合治理措施，经多方验证，井下采空区确认已回填密实，因此。此次二次塌陷非井下采空区塌陷造成。塌陷区及周边地层岩性主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系岩石和第四系覆盖层，矿体围岩主要是奥陶系的白云质灰岩、钙质白云岩、泥质灰岩和接触带及其附近的闪长斑岩等;夹石多为蚀变闪长斑岩及灰岩。矿区围岩蚀变主要有钠长石化、矽卡岩化、绿泥石化、钙铁石榴化、高岭土化等。

2探测方法

（1）高密度电法是对常规电法的一种综合，兼具剖面法与电测深的效果。当溶洞、暗河等不良地质体存在时，其电阻率与周围、土体的电阻率具有明显的差异。本次高密度测探数据采集采用了温纳装置进行测量，点距5m。（2）地质雷达探测。地质雷达（简称GPR）。是利用高频电磁（1MHz~1GHz)，以脉冲形式通过发射天线被定向地送入地下。本次地质雷达探测利用脉冲波来探测地下的地质情况，具有高保真，高分辨率，全程数字控制和数字化采集等特色。

3物探测线的布设

为了全面准确地反映工作区的地形现状及施工工点的分布位置，精确控制断面的地形形态，针对所有勘探点、线，采用全站仪作测量定位。由于测区正上方有高压输电线，经过现场测试，发现高压输电线对数据的影响较大。为保证数据质量和探测效果，在CSAMT和瞬变电磁法现场数据采集的时间段内，采取了输电线停电的防干扰措施。此外，现场数据采集时，还在首尾电极与测站处用红布条标记，并用厚层黏土与浓盐水解决了电极接地条件差的困难。

4资料解释及成果分析

CSAMT数据经预处理后采用CSAMT-SWV2．0软件系统进行校正和反演，瞬变电磁法数据采用自主开发的矩形小回线源正演和反演软件进行处理，通过处理、计算和分析，分别得到了各条测线的电阻率剖面。根据两种探测方法自身的特点、周边环境的限制以及探测效果的实际情况，异常解释以CSAMT探测结果为主，瞬变电磁探测结果为辅。数据处理过程中，由于不同的探测方法设定的边界条件不完全一致，且两种方法的正、反演方法不同，导致同一测线两种方法出现不完全一致的结果。资料解释时，需结合两种方法各自的特点，同时参考地质资料和以往的探测经验，综合分析得出结论。此外，根据现场查勘结果以及已有地质资料和塌陷区附近钻孔的情况，综合分析后认为测区位于大型淡水湖附近，地下水位较高。塌陷区周边钻孔资料发现花岗(蚀变)闪长斑岩，蚀变强烈，呈高岭土化，岩粉呈泥状或淤泥状，部分钻孔在上述岩层内还发现了出水现象，表明F2断层充水的可能性较大，故认为未充填空洞内充水的可能性较大。如果空洞内充水，在电阻率断面图中一般显示为低阻区。此外，根据以往的经验，地下空洞在电阻率剖面图中一般呈现近圆形或椭圆形的高阻封闭圈，而根据对本次两种物探方法探测结果图的分析，在目标探测深度内发现的高阻区视电阻率值总体不高，形态呈条带状分布，与一般未充填空洞形成的高阻区有差别，因此，为识别空洞区，将数据解释的重点放在低阻异常。CSAMT法的有效探测深度基本保持在200～250m，而瞬变电磁法的有效探测基本在60～120m，其中测线1至测线5的探测深度为100～140m，而测线6～测线8的探测深度为50～75m。总体而言，CSAMT的探测深度比瞬变电磁法深，且不同测线由于地层地质情况不同，探测深度差异较大。分析结果表明，两种探测方法在同一测线上局部区域处均发现了低阻异常，且异常区在水平和深度方向的位置基本一致。其他6条测线的结果与此类似。根据对两种物探方法探测结果的分析，在目标探测深度内发现的高阻区电阻率值总体不高，与一般未充填空洞形成的高阻区有差别。推断该异常可能与黏土充填或地下水有关。将各测线的电阻率断面低阻异常区位置展布在平面上。可以看出，低阻异常主要分布在测区东西两边区域。另根据已有的钻孔资料，发现塌陷区周边的各钻孔在不同深度均发现了花岗岩闪长斑岩，岩性描述中均有“高岭土化”、“岩粉呈淤泥〗状、泥状”等描述，说明在地下水位发生变化时，上述透水地层含水率高的概率较大。此外，结合该区域地质资料分析，推测该部位可能位于F2断层周边，由于断层的影响导致不同部位的地层地质差异较大。综上所述，两种物探方法的探测结果表明，在探测区域内，距地表深度165m范围内，地层总体密实，但在局部发现了低阻异常区，异常区主要分布在沉降坑周边。造成地层低阻异常的原因有多种，包括含水黏土、充水空洞和人工填筑等，为了准确判定探测结果中低阻异常的原因，需进行钻孔验证。

结束语

综上所述，采用CSAMT和瞬变电磁相结合的探测方法能够在周边电磁干扰较强的环境下实现对地面塌陷区的准确探测，其中CSAMT法的探测深度大，有效深度可达200m，并且对异常区的判断较为准确，但分辨率相对较低，瞬变电磁法在浅部的分辨率优于CSAMT，但探测深度受探测目标深度内介质的物性影响较大，可信深度基本在100m范围内，而且浅部有10～20m的盲区。在两种探测方法的数据处理和资料解释过程中，需要结合已有的地质资料来确定边界条件，并采用综合分析的思路来解释成果图，这样才能达到两种物探方法相互印证的效果，并确保探测结果的准确性，为后期的地质成果解释和验证钻孔提供可靠依据。在城镇周边和强干扰地区开展探测工作时，需要根据现场地形及地质条件综合考虑，灵活选择适宜的探测方法。数据采集时，也需要采取一定的抗干扰措施，以保证数据采集的质量。本次探测实践表明，CSAMT和瞬变电磁法能够适应强干扰环境，探测结果经钻孔验证，取得了较好的效果。

参考文献

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