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        可控源音頻大地電磁法在巖溶塌陷勘察中的應(yīng)用

        2020-09-01 06:42:16萬曉磊閆順尚
        世界有色金屬 2020年11期
        關(guān)鍵詞:剖面圖測線巖溶

        萬曉磊,閆順尚

        (1.山東省地礦工程勘察院,山東 濟(jì)南 250014;2.山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊,山東 濟(jì)南 250104)

        中國有廣泛的巖溶發(fā)育地帶,這些地區(qū)經(jīng)常會有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生,嚴(yán)重威脅區(qū)域范圍內(nèi)的人們生存,甚至對人們的生命安全造成威脅。巖溶塌陷作為一種較為常見的地質(zhì)災(zāi)害,不僅具有隱蔽性,難以及時發(fā)現(xiàn),而且還具有突發(fā)性,令人防不勝防,因此會造成嚴(yán)重的后果[1]。要對巖溶塌陷作出準(zhǔn)確的判斷,就要應(yīng)用科學(xué)有效的措施,采用合理的手段對這種現(xiàn)象予以預(yù)防,具有針對性地展開治理工作。

        1 測量區(qū)域的地質(zhì)情況

        本文研究的對象處于桂林一來賓斷裂帶的范圍內(nèi),該斷裂帶的平行褶皺區(qū)域的軸向發(fā)育一組斷層的方向是北北東向,破碎帶非常寬,巖石的破碎非常嚴(yán)重,巖層已經(jīng)出現(xiàn)撓曲,有部分區(qū)域已經(jīng)碎裂。這里的基巖中含有碎石土、粉質(zhì)粘土。在塌陷區(qū)的外部環(huán)境中還含有砂礫巖,而且還有硅質(zhì)巖,其中夾雜著夾泥質(zhì)硅質(zhì)巖[2]。通過對這個區(qū)域的地面進(jìn)行調(diào)查可以發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)巖溶塌陷的現(xiàn)象,主要的原因是由于存在巖溶主管道型的塌陷,也有部分區(qū)域出現(xiàn)了巖溶主管道邊緣型的塌陷,在裂隙上還有的塌陷為洞型的[3]。從巖溶塌陷的情況來阿奎那,塌陷區(qū)域比較窄的區(qū)域為直徑1m,寬的區(qū)域則可以達(dá)到直徑45m。從塌陷的深度來看,比較淺的區(qū)域還不1m,比較深的區(qū)域則可以達(dá)到40m,甚至達(dá)到了45m。從塌陷的平面布局來看,上面呈現(xiàn)出“8”字形,也有部分區(qū)域呈現(xiàn)出“葫蘆”形,還有的地方向串珠一樣。在裂縫比較多的區(qū)域,主要的塌坑以中心為同心圓,向四周呈現(xiàn)出弧狀展開,裂縫的長度上來看,短的部位是5m,長的部位可以達(dá)到50多,裂縫的寬度,比較窄的部位僅僅為2cm,比較寬的部位則達(dá)到了30cm。

        在測量區(qū)域中,上覆第四系的視電阻率值要低一些,通常不會超過200歐姆·米,入股是在灰?guī)r區(qū)域和白云巖區(qū)域,視電阻率則介于n×10至n×104之間,從測量區(qū)域的外圍分布情況來看,硅質(zhì)巖的視電阻率往往介于n×10至n×104之間。地層的巖性會不斷地發(fā)生變化,而且?guī)r石也會不斷地風(fēng)化,不同的區(qū)域,風(fēng)化的程度會有所不同,巖溶也會出現(xiàn)不同的發(fā)育狀態(tài),這樣就會導(dǎo)致地下介質(zhì)的電性有很大的區(qū)別,就會導(dǎo)致電性界面有所不同。如果采用電法勘探這個區(qū)域,就需要對這些情況詳細(xì)了解[4]。

        2 可控源音頻大地電磁法的基本原理

        應(yīng)用可控源音頻大地電磁法進(jìn)行探測,就是對人工源頻率域作出判斷。由于不同介質(zhì)所具備的導(dǎo)電率存在不同,就可以對一次場電位的變化情況以及磁場強(qiáng)度產(chǎn)生的變化情況作出判斷[5]。在對特定的區(qū)域進(jìn)行研究的過程中,可以沿著測線使用接收機(jī)接收到電場的信號,還可以獲得與發(fā)射偶極AP平行的電場信號,獲得視電阻率。當(dāng)視電阻率結(jié)構(gòu)保持恒定不變的時候,通過改變信號的頻率,就可以對縱深進(jìn)行測量。

        在具體的研究過程中應(yīng)用電磁儀采用可控源音頻大地電磁法進(jìn)行觀測,從觀測站的布置方式來看,在發(fā)射端采用了大功率發(fā)電機(jī),并結(jié)合使用發(fā)射機(jī)以及供電電極,可以提供電極A和電極H,使用這種裝置進(jìn)行人工源電能供應(yīng)。在接收端則采用電磁儀主機(jī),結(jié)合使用接地電極、接收線以及磁探頭接受信號。在對特定的區(qū)域進(jìn)行觀測的過程中,在接收端與發(fā)射端構(gòu)成的區(qū)域呈現(xiàn)出扇形,兩者之間存在一定的距離,就可以展開探測工作[6]。

        3 探測方法以及處理資料的方法

        在探測過程中,需要使用測量區(qū)域水文地質(zhì)圖來進(jìn)行,對于塌陷的分布情況予以了解,掌握規(guī)律。使用可控源音頻大地電磁法對塌陷的區(qū)域進(jìn)行定位并測量,測線的方位確定在110°,所有的測線長度都設(shè)定在600m,20m的點距,供電AY極的方位平行于測線,長度大約為1000m。

        在測量的過程中所使用的儀器是電磁法儀,這種設(shè)備有多種功能,在測量電場的時候應(yīng)用不極化電極,布置測線的時候使用精度很高的測量儀,使得測線方位不會出現(xiàn)誤差,點位精確,高程也有較高的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行觀測之前需要對電極極差進(jìn)行測量,如果測量的結(jié)果不超過2毫伏,就意味著電場的信號穩(wěn)定,信噪比比較高,此時在埋設(shè)電極罐的時候,需要在地上挖出淺坑,將鹽水倒入其中,將松土攪拌,形成泥漿,然后將電極罐旋入其中,使得電極罐充分接觸到泥漿,此時就可以對接地電阻進(jìn)行測量,要求接地電阻不能超過2歐姆·米。

        使用CSAMTPROS軟件處理圓滑和濾波,并實施靜態(tài)校正,再運(yùn)行SCS2D反演軟件,就可以反演帶地形,之后使用Surfcr繪圖軟件就可以將視電阻率等值計算出來,形成支管的斷面圖。

        4 分析結(jié)果

        圖1 第1測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖

        圖2 第2測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖

        圖3 第3測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖

        使用可控源音頻大地電磁法對視電阻率等值斷面圖使用SCS2D反演軟件進(jìn)行反演,就可以對解釋剖面作出推斷,就可以發(fā)現(xiàn),第1測線、第2測線和第3測線的視電阻率都存在異常,而且這種異常形態(tài)現(xiàn)象已經(jīng)延伸到地下深度100m,由此可以判斷由于斷裂導(dǎo)致的巖溶破碎區(qū)域。(圖1:第1測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖;圖2:第2測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖;圖3:第3測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖)。

        圖1是第1測線,在接近220m點的位置,這里的低阻從近地表的位置不斷深入,低阻所在的位置比較窄。根據(jù)物探探測結(jié)果可以明確,在210m至250m的測點,海拔高程50m的位置,視電阻率出現(xiàn)了異常,而且有很大的范圍,由此可以斷定,這里是溶隙灰?guī)r發(fā)育的異常區(qū)域。

        圖2是第2測線,這里的中心地帶為300m測點、海拔高程55m所在的位置,為低阻封閉區(qū)域。根據(jù)鉆探所獲得的資料以及采用物探的方法所獲得的資料,可以斷定這里是斷層破碎帶,里面有溶洞。

        圖3是第5測線,測點在300m附近,這里的視電阻率比較低,從與地表接近的區(qū)域向深部延伸,電阻較低的范圍相對比較寬一些。在探測中結(jié)合使用物探探測方法,所獲得的結(jié)果與100m的測點基本一致。在海拔高程10m至90m所在的位置處形成了低電阻封閉范圍,視電阻率值可以達(dá)到幾百歐姆·米,通過這個結(jié)果可以對溶隙灰?guī)r發(fā)育產(chǎn)生異常的區(qū)域范圍作出判斷,那么,這里就很有可能存在巖溶塌陷的問題。

        總之,巖溶發(fā)育段出現(xiàn)巖溶塌陷,所存在的主要特點是其是沿著斷層帶發(fā)育,部分區(qū)域已經(jīng)發(fā)育有巖石溶孔和溶隙,這樣的地段存在巖溶塌陷隱患。

        5 結(jié)語

        通過上面的研究可以明確,在研究區(qū)域出現(xiàn)巖溶塌陷,從分布情況來看,是沿著巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的部位展開的,采用可控源音頻大地電磁法就可以將這些區(qū)域作出判斷。由于采用這種方法的探測深度比較大,橫向的分辨率和縱向的分辨率都比較高,就可以對強(qiáng)巖溶發(fā)育的區(qū)域確定下來,對巖溶塌陷的深度作出預(yù)測。

        由于巖溶塌陷的規(guī)模不同,在各種因素的影響下形成,采用這種方法確定塌陷的區(qū)域,對于隱伏巖溶塌陷的具體位置進(jìn)行探測的過程中,還需要結(jié)合使用雷達(dá)探測的方法、電磁波CT法等等,對塌陷的規(guī)模已經(jīng)埋深作出準(zhǔn)確的判斷,還可以探測到其中的充填物性。

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