高密度电法在物探工作中的应用

摘要：本文从高密度电法在招远玲珑镇大蒋家拟建尾矿库规划区块物探工作的实际应用方面出发，通过在该区块开展高密度电法视电阻率测深测量，以查明场区范围内是否有明显的采空区及断裂构造破碎带存在。本文重点对高密度电法探测玲珑镇大蒋家村拟建尾矿库中遇到的几个关键技术问题开展研究，为该区块工程地质勘察设计施工提供可靠的物探资料。

关键词：隐患探测 采空区 地球物理特征 应用

1 概述

高密度电法与其它探测方法相比较，具有自动化程度高、工作效率高、异常形成直观等优点，在工程地质勘察领域、地质灾害调查以及考古等诸多领域得到了广泛应用并取得了良好的效果[1]。20世纪80年代中后期，我国地矿部门率先开展了高密度电阻率应用技术的研究，从理论和实际相结合的角度，进一步探讨、完善了相关理论及有关的技术问题。近些年该方法先后在一些工程地质调查中取得了明显的效果。

探测采空区及断裂构造破碎带存在是地质勘探的一个重要任务。近年来，有关采空区问题的普遍性和对人类生命财产安全的威胁，已引起各国的高度重视[2-3]。我院于2011年3月1日至3月2日在招远玲珑镇大蒋家拟建尾矿库规划区块开展了高密度电法视电阻率测深测量，以查明场区范围内是否有明显的采空区及断裂构造破碎带存在。本次工作共完成高密度电法剖面测量3条，施工剖面总长640m，共320个物理点，点距为2m。

2 研究区的地质（或项目）背景

2.1 研究区的地质概况。①地层。区域内出露地层有新太古代胶东岩群、新生代第四系松散堆积物[4]。根据胶东岩群中金含量较高及全球太古代火山沉积绿岩建造普遍富金的规律，结合胶东岩群在后期岩浆构造活动中遭受破坏、改造、演化的历史，认为胶东岩群为本区金矿成矿的原始“矿源层”，金元素应来源于由地球深处喷发的火山物质。②构造。a招平断裂。南自平度山旺，向北经招远大尹格庄、招远城、台上、九曲蒋家直至龙口市七甲，全长100km。断裂带走向35°～50°，总体走向40°，倾向南东，倾角35°～55°。招平断裂沿不同岩性的接触面发育，是一典型的复合构造。断裂带由1～3条主断裂构成，各主断裂产状近于一致。主断裂下盘派生的次级断裂构造发育，与主断裂构成“入”字型。断裂带宽窄不一，宽度在50～800m间。带内构造岩发育，主要由碎裂岩、碎裂状花岗岩、灰黑色断层泥组成。断裂带内蚀变带矿化发育，是一条主要控矿断裂带。与之平行的还有栾家河断裂[5]。b破头青断裂。破头青断裂西起招远温家，经台上、九曲至龙口市雀山姜家，全长22km，该断裂中段（台上至九曲）与招平断裂带复合，总体走向NE60°～70°，倾向SE，倾角40°～45°。断裂带宽200～400m，复合地段达800m。构造岩组合以糜棱岩、碎裂岩为主，形成厚达400余米的断裂破碎带。破碎带下盘断层泥发育，为标志性裂面。该断裂的复合部位控制有台上特大型金矿床。矿田内控制其它矿脉的二级控矿断裂发育于破头青断裂和招平断裂的下盘，走向NEE、NE和NNE，倾向SE或NW，倾角较陡，一般50°～70°，属张扭性断裂。二级控矿断裂控制着矿田内众多金矿脉的分布。③岩浆岩。区域内岩浆岩十分发育，均为侵入岩类。根据同源岩浆演化-脉动理论，可划分为7个超单元、18个单元。a马连庄超单元。分布在区域东部的东大夼一带，仅出露栾家寨单元。岩性为斜长角闪岩，呈小包体分布在栖霞超单元中。该超单元遭受了高角闪岩相变质作用。b栖霞超单元。呈岩基状，分布在区内阜山镇以北及玲珑镇以南地区。呈包体状分布于玲珑超单元、文登超单元中，分为回龙夼、乐土夼、牟家三个单元，片麻理构造发育。主要岩性为英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩，同位素年龄2610～2885.8Ma，形成于新太古代。经过长期的地质科研工作，认为岩浆在侵位过程中，将地幔中的含金物质带至地壳并初步富集，形成金矿的初始“矿源岩”之一。c莱州超单元。分布于区域东北部的解家、西大夼等地。出露西水夼单元，岩性为斜长角闪岩，多呈包体产出。d双顶超单元。分布于区内九曲蒋家西、栾家沟东一带，出露双顶单元，岩性为片麻状细粒花岗闪长岩。e玲珑超单元。主要分布在区域北部及东南部地区，分布面积较大。出露有云山、九曲、罗山、大庄子、郭家店等5个单元。岩性为含斑粗、中粒二长花岗岩、弱片麻状细、中粒含石榴二长花岗岩等。该超单元与区内金矿的空间依存关系密切。f文登超单元。即前人所指的“栾家河岩体”。分布比较集中，总体呈北东-南西向条带状展布，主要分布在区域南部玲珑-阜山地区。有的学者认为，文登超单元是金矿成矿物质的“同源岩”之一，即二者来源于同一岩浆系列。金矿床早期成矿阶段的物质来源即为文登超单元的岩浆期后热液。文登超单元为金矿床的形成，直接提供了成矿物质。g郭家岭超单元。郭家岭超单元与金矿的成因关系十分密切。形成郭家岭超单元的岩浆，在演化侵位过程中，将一部分幔源成矿物质带入地壳，同时大量地捕获了胶东岩群、玲珑超单元中已相对富集的金矿成矿物质，将二者混合于同一岩浆系统中。因此，郭家岭超单元是金矿成矿物质的主要“同源岩”。

2.2 研究区的电性特征。本次电性参数测定采用野外露头测量和标本测量两种方法。野外露头测量：测量装置采用小四极装置，采用不同的极距，同一露头多次测量，同一岩性多处测量，尽量提高代表性。供电仪器为重庆万马物探仪器有限公司制造的WDYX-1型岩样测试信号源，接收仪器与野外生产相同，为重庆万马物探仪器有限公司制造WDJS-2型数字直流激电接收机，供电周期为16s，断电延时时间为200ms，采样宽度40ms，叠加次数2次。各类岩（矿）石物性参数统计结果如下：

表1 岩（矿）石物性参数测定成果统计表

■

本次工作区主要出露岩石为岩性为含斑粗、中粒二长花岗岩、弱片麻状细、中粒含石榴二长花岗岩等。由实测物性参数资料看出：斜长角闪岩、变粒岩、石英脉、中粒二长花岗岩及二长花岗岩呈高阻低极化反映。

3 高密度电法概述

本文高密度电法测量使用的仪器是WGMD-9型超级高密度电法测量系统，接收机是WDA-1、1A型超级数字直流电法仪。该仪器是中装集团技术中心与重庆地质仪器厂联合研制开发的新型高密度电阻率测量系统。该仪器采用全数字自动化测量，对自然电位漂移及电极极化进行自动补偿，采用模拟数字双重滤波技术，提高了系统的抗干扰能力和数据的准确性，适合高分辨率电阻率法工程地质勘探。

■

WGMD-9型高密度电法测量系统的主要技术指标如下：

①接收部分

a电压通道：±32V（24位A/D）;

测量精度：

当Vp≥5mV时，±0.2%±1个字

当0.1mV≤Vp<5mV时，±1%±1个字

b输入阻抗：>50MΩ;

c视极化率测量范围：±1%±1个字;

d Sp补偿范围：±10V;

e电流通道：6A（24位A/D）;

测量精度：

当Ip≥5mA时，±0.2%±1个字

当0.1mA≤Ip<5mA时，±1%±1个字

f 50Hz工频干扰（共模与差模干扰）压制：优于80dB。

②发射部分

最大发射功率：7200W;

最大供电电压：±1200V;

最大供电电流：±6A;

供电脉冲宽度：1～60秒，占空比为1：1。

4 研究内容

4.1 物探工作布置。本工区共布置了3条剖面进行高密度电阻率测量，布设点距为2m，测量通道为130道，供电延时100毫秒，电极隔离系数16。自动测量自电SP、电位差VP、电流IP以及计算视电阻率ρa值，采用温纳装置。所有测点均由皮尺丈量布设，温施层30层。

施工剖面总长620m，共320个物理点。其中每条剖面控制点的相对坐标如表2。

GPS参数为：中央子午线为E120°，DX为0，DY为0，DZ为0，DA为-3，DF为+0.00000003。

4.2 室内资料整理及数据处理。室内工作主要是将高密度电法测量所采集的大量数据输入计算机中。用多功能电法处理软件对数据进行预处理，包括数据突变点剔除，数据网格化，数据平滑等。然后进行地电断面成像，绘制电阻率色谱断面图、反演模型电阻率色谱断面图、正演视电阻率色谱拟断面图。

4.3 物探工作质量评述。由高密度电法视电阻率断面图可以看出，本次高密度电法测量电流和电压的正负周期波形都比较平稳，测量数据质量较好，野外工作方法的选择和数据采集均符合规范要求。

5 研究结果

本章节拟根据招远市玲珑镇大蒋家拟建尾矿库高密度电法剖面反演模型电阻率色谱断面图，对每条剖面逐一进行分析：

5.1 I剖面

■

图5-1 高密度电法I剖面反演模型电阻率色谱断面

从I剖面断面图可以看出在20～132点浅部ρa值较低，变化范围为61～190Ωm，该低阻区对应水库位置，推测为浅部第四系地层充水引起，132点向北浅部ρa值增大，推测由岩性引起。

5.2 II剖面（见图5-2）

从II剖面断面图可以看出线沿水库西侧南北向布设，剖面方向为西南到东北向，剖面长200m，布设点距2m，测量通道为100道，温施层30层。从Ⅱ剖面视电阻率断面图上可以看出在36～64点浅部ρa值较高，推测由地表沿河岩石出露引起，向深部ρa值逐渐增大;在80点处有一由ρamax=407Ωm圈定的高阻异常，地表踏勘见有伟晶岩脉出露，推测该阻值异常由该脉岩引起;在140点和160点处浅部见有低阻异常，推测由采空巷道充水引起。

5.3 III剖面

■

图5-3 高密度电法III剖面反演模型电阻率色谱断面图

测线位于I剖面东侧，垂向沟南北向布设，剖面方向为西南到东北向，剖面长180m，布设点距2m，测量通道为90道，温施层25层。

从Ⅲ剖面ρa断面图可知，20～120点浅部ρa值较低，变化范围为33～200Ωm，推测为浅部第四系地层引起，120点向北浅部ρa值增大，推测由岩性引起。向深部ρa值逐渐增大，无明显阻值异常。

6 讨论

综上所述，本次物探工作所测的数据和资料经多次检查和重复测量，资料可靠。通过对本区已取得的高密度资料进行综合分析，区域地层稳定性较好，在Ⅱ剖面140点和160点处见有两处低阻异常，推测为采空巷道充水引起，不影响尾矿库建设。

参考文献：

[1]杨震中.综合物探方法在堤防隐患探测中的应用研究[D].长沙：中南大学，2007.

[2]功叙.地球物理勘探基础[M].北京：地质出版社，1990：139-157.

[3]王兴泰.工程与环境物探新方法新技术[M].北京：地质出版社，1996：112-127.

[4]陈仲侯，王兴泰，杜世汉.工程与环境物探教程[M].北京：地质出版社，1993：59-76.

[5]钟韬.超高密度电法在探测采空区中的应用研究[D].成都理工大学，2008.5.

作者简介：

张雪飞（1981-），男，山东滨州人，物化探副经理，物化探助理工程师，研究方向：地球物理、化学勘查。