吳春梅，劉明瓚，羅 琴，張華賓

（重慶市地勘局川東南地質(zhì)大隊(duì)，重慶 400038）

現(xiàn)階段礦井探測(cè)手段大致可分為三大類：第一類為地質(zhì)調(diào)查，即通過對(duì)礦山開采資料及地表勘查數(shù)據(jù)，掌握采區(qū)地表分布情況，此種方式的不足點(diǎn)為精度較低，優(yōu)點(diǎn)為調(diào)查成本低；第二類為地球物理探測(cè)，此方法包含的方法種類較多，它接近于無損探測(cè)，其不足點(diǎn)為探測(cè)有多解性，優(yōu)點(diǎn)為探測(cè)速度快、精度高；第三類為鉆探，即在地面進(jìn)行直接開采，它的不足點(diǎn)為所需費(fèi)用高、無法確定大面積礦床電阻率異常范圍，優(yōu)點(diǎn)為探測(cè)精度高。在以上三大類方法中，以地球物理探測(cè)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。用于礦區(qū)探測(cè)的地球物理方法主要包括地質(zhì)雷達(dá)法以及電法類方法（如地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法、瞬變電磁法、電法CT）。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)深度相對(duì)較淺；瞬變電磁法對(duì)淺部地層的地下采空區(qū)探測(cè)存在盲區(qū)。近年來，高密度電法以其精度高、信息量豐富、布極方式多樣化的優(yōu)勢(shì)，在各物探領(lǐng)域的探測(cè)工作中取得了很好的效果，在采空區(qū)探測(cè)領(lǐng)域也取得了較為廣泛的應(yīng)用，但相關(guān)研究多限于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，針對(duì)高密度電法探測(cè)礦區(qū)電阻率異常模擬研究較少。本次選擇保護(hù)程度較好、具有代表性的合川區(qū)，采用高密度電法及地質(zhì)雷達(dá)兩種方法對(duì)井下電阻率異常情況進(jìn)行研究，并用鉆探方法對(duì)其有效性進(jìn)行驗(yàn)證[1-3]。

1 探測(cè)方法原理

雖然前人對(duì)使用物探方法探測(cè)井下電阻率異常工作較少，可以用來進(jìn)行對(duì)比分析的資料很少，但是經(jīng)總結(jié)分析已有礦山地質(zhì)勘探資料后認(rèn)為，井下的富含水砂層為良導(dǎo)體，選擇電阻率法應(yīng)該有較好的工作效果，因此選擇分辨率較高且在工程物探上經(jīng)常使用的高密度電法作為本次工作的主要物探方法。

高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系統(tǒng)三部分組成。多路電極轉(zhuǎn)換器通過電纜控制電極系統(tǒng)各電極的供電與測(cè)量狀態(tài)。主機(jī)通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令，向電極供電并接收、存貯測(cè)量數(shù)據(jù)。高密度電法系統(tǒng)如圖1所示。

如圖1所示，高密度電法測(cè)量通過在探測(cè)礦井地表按照一定電極距均勻布設(shè)電極，同一電極在數(shù)據(jù)采集時(shí)既承擔(dān)供電電極，又作為接收電極，按裝置排列來采集測(cè)量數(shù)據(jù)，所測(cè)數(shù)據(jù)主要包含供電、接收電極編號(hào)以及一次場(chǎng)及視電阻率。通過電極的移動(dòng)以達(dá)到探測(cè)深度的變化，并通過對(duì)地下一定深度范圍內(nèi)的視電阻率測(cè)量來形成相對(duì)直觀的剖面視電阻率圖，從而對(duì)剖面一定深度范圍內(nèi)的地電結(jié)構(gòu)的差異的分析及解釋來達(dá)到勘探效果。

圖1 高密度電法系統(tǒng)示意圖

2 礦井電阻率異常探測(cè)

物探工作區(qū)位于渝西方山丘陵區(qū)，降雨充沛，且受小河溝影響，地下水發(fā)育，潛水面較淺。物探工作靶區(qū)位于肖家鎮(zhèn)（圖2工作區(qū)及周圍地形地貌衛(wèi)星影像）[4,5]。

2.1 電法數(shù)據(jù)采集

本次探測(cè)使用的高密度測(cè)量?jī)x器是賽盈地脈技術(shù)有限公司（Geomative）生產(chǎn)地GD-10直流電法系統(tǒng)。GD-10系列地電系統(tǒng)具備發(fā)射功率范圍大、信號(hào)精度高、測(cè)試功能齊全、野外測(cè)試布線簡(jiǎn)單輕便、長(zhǎng)期使用維護(hù)成本低等特點(diǎn)。

高密度電法共敷設(shè)4條主剖面，1條副剖面，主剖面線距2～3米，點(diǎn)距1m。其中主剖面長(zhǎng)71m，副剖面長(zhǎng)47m，測(cè)線走向均為108°（圖2）。

圖2 高密度電法剖面及鉆孔布設(shè)示意圖

本次工作使用GD-10型高密度電法系統(tǒng)，電極間距為1m，4條主剖面每條剖面布設(shè)72根電極，副剖面每條剖面布設(shè)48根電極。每條剖面測(cè)量?jī)纱?，一次為縱向分辨率較好的溫納裝置測(cè)量，一次為橫向分辨率較好的偶極裝置測(cè)量。一條剖面測(cè)量完畢后，現(xiàn)場(chǎng)將數(shù)據(jù)輸入筆記本電腦進(jìn)行處理，以溫納裝置反演電阻率斷面圖確認(rèn)異常體的埋深，以偶極裝置反演電阻率斷面圖確認(rèn)異常體的平面位置，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)異常體的形態(tài)特征。

2.2 探測(cè)結(jié)果

根據(jù)高密度電法L1剖面的電阻率反演斷面圖（圖3）可知，電阻率可分為3層：①在剖面2.8m深度以上為中高電阻率層，推測(cè)為潛水面以上受地表水影響的富水粘土層、砂質(zhì)粘土層的表現(xiàn)；其中剖面起止點(diǎn)位置的極高阻異常為工作區(qū)地形起伏的表現(xiàn)；②在剖面2.8m至3m深以下為一層極低電阻率，推測(cè)為井下完全被潛水滲透的富水砂層的表現(xiàn)；③異常層：在剖面水平距離35m至40m，深度約3m處，兩種裝置均出現(xiàn)一電阻率略高于地下富水砂層的異常體。

圖3 高密度電法L1剖面綜合成果斷面圖

Ⅰ溫納裝置測(cè)得的數(shù)據(jù)，異常區(qū)呈半封閉的相對(duì)高阻特征，但由于溫納裝置的異常擴(kuò)展效應(yīng)，高阻異常范圍顯得較大，但分層特征明顯；

Ⅱ偶極偶極裝置測(cè)得的數(shù)據(jù)，表明該電阻率異常礦體處于富水砂層內(nèi)，其頂部深約5m，底部深約9m，異常范圍較溫納裝置測(cè)得的異常范圍小，與偶極裝置水平分辨率較高吻合。

在進(jìn)行了工作地下的電阻率三維可視化模擬，得出該礦井電阻率異常體水平走向約20°，且在該方向水平延展長(zhǎng)約5至6m，寬約2至3m，異常體高度約3至4m，頂板深度約5至5.5m，底板深度推測(cè)約9至10m。

3 結(jié)論

高密度電法的偶極裝置對(duì)地下微弱電阻率差異的電阻率異常體的橫向分辨率較好，能夠較好的確定異常體在平面上的位置；而高密度電法的溫納裝置對(duì)地下電阻率異常體的縱向分辨率較好，對(duì)不同視電阻率的地質(zhì)體分層效果明顯，結(jié)合兩者數(shù)據(jù)對(duì)異常體的位置、埋深進(jìn)行判斷，在與試驗(yàn)區(qū)埋藏環(huán)境相似的礦區(qū)地質(zhì)勘查上具有較好的效果。本次高密度電法測(cè)到的視電阻率高阻部分，其值為50～90（Ω.m），本次工作使用物探加鉆探相互驗(yàn)證的方式進(jìn)行找礦，充分證明物探高密度電法在探測(cè)礦區(qū)電阻率異常方面是有效可行的。