李 茹

(廣州市地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510000)

0 引言

地下資源開采后形成的采空區(qū)會引發(fā)地表沉降或塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，給礦區(qū)的生產(chǎn)、地面工程和人民生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅，因此，實現(xiàn)對地下采空區(qū)快速、有效的探測已成為當(dāng)前迫切的任務(wù)?？煽卦匆纛l大地電磁(CSAMT)因具有野外采集數(shù)據(jù)質(zhì)量高、抗干擾能力強(qiáng)、解釋與處理簡單、分辨率高、探測深度大等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于巖溶塌陷勘查[1]、煤礦采空區(qū)探測[2]和巖溶水勘查[3]等。廣州市白云區(qū)太和鎮(zhèn)龍歸硝鹽礦采用水溶法開采，自2002年以來，礦區(qū)多次出現(xiàn)地面沉降，現(xiàn)沉降總面積超過1 km2。為探明地下采空區(qū)分布情況，采用CSAMT對礦區(qū)進(jìn)行勘探，確定溶腔頂板埋深，為地面沉降機(jī)理分析和危險防治措施的制定提供依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

龍歸硝鹽礦位于廣州市白云區(qū)太和鎮(zhèn)永太莊、高橋莊一帶。礦區(qū)主要開采鹽層埋深為480～640 m，井深大多在600 m以內(nèi)。礦區(qū)基巖為第三系，主要為泥巖、粉砂巖及兩者互層?；鶐r上普遍由第四系沖積層覆蓋。礦區(qū)主要有四層含水層：第一含水層為第四系承壓孔隙水；第二含水層(帶)為承壓孔隙裂隙水；第三含水層為承壓裂隙鹵水帶，靠近鹽層或為鹽層的直接頂板；第四含水層為盆地基底下二疊統(tǒng)棲霞灰?guī)r巖溶裂隙水，埋深多在585 m以下。

2 地球物理條件

通過礦區(qū)已有鉆孔的電阻率測井曲線得知，采空區(qū)鹽漬水為低阻，電阻率為1～5 Ω·m，而圍巖電阻率為15～40 Ω·m，采空區(qū)鹽漬水與圍巖的電性差異為可控源音頻大地電磁法在工作區(qū)的開展提供了地球物理條件。

3 工作參數(shù)和工作方法

野外采用華測天驕X90型RTK在礦區(qū)采空區(qū)上方地面布設(shè)三條測線(測線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，含測點(diǎn)108個，點(diǎn)距20 m。

本次CSAMT測量采用美國Zonge公司生產(chǎn)的 GDP-32Ⅱ多功能電法儀，采用赤道偶極裝置標(biāo)量測量，測量X方向的電場和Y方向的磁場(圖1)。據(jù)以往工作經(jīng)驗，采用以下CSAMT工作參數(shù)：(1)電源陷頻濾波器50/5；(2)Moving average filter: open；(3)工作頻率：4～8 192 Hz；發(fā)射電流：低頻段均為20 A，中高頻>10 A，高頻段>4 A；(4)收發(fā)距：4 980 m；(5)疊加次數(shù)：16～16 384次。

圖1 CSAMT標(biāo)量測量裝置示意圖

通過可控源音頻大地電磁法(CSAMT)實時系統(tǒng)軟件進(jìn)行靜態(tài)位移校正。本次反演采用美國Zonge公司SCS2D軟件，將處理好的卡尼亞電阻率和阻抗相位數(shù)據(jù)載入軟件進(jìn)行二維反演，得出反演電阻率擬斷面圖。結(jié)合本次探測任務(wù)，采用“2D moving average of data”反演。

4 資料解譯分析

測線Ⅰ 800～1150測段、標(biāo)高-100～-500 m之間分布著大規(guī)模的低阻(圖2)，異常電阻率小于20 Ω·m。根據(jù)地球物理條件，低阻異常電阻率20 Ω·m介于采空區(qū)鹽漬水(1～5 Ω·m)與圍巖(15～40 Ω·m)之間，因此異常處地層可能存在鹽分滲透，這間接表明地層發(fā)生了塌陷擾動?；谏鲜龇治?，將藍(lán)色虛線圈定的范圍推斷為“巖層彈性形變+陷落”范圍，整體形態(tài)上寬下窄，將綠色虛線劃定的界面推斷為“擾動的地層頂板(即溶腔頂板)”位置，整體形態(tài)兩端高中間低。從圖2中推斷測線溶腔埋深在360 m左右。

圖2 測線Ⅰ異常解釋推斷

綜合利用以往地震反射資料，測線地震波反射時間剖面圖如圖3所示。測點(diǎn)編號1047～1068之間、時間90～110 ms處，反射波組零亂和不連續(xù)(紅線標(biāo)志)，推斷該段可能為“淺部坍塌體”引起的波組異常，異常頂板埋深約在85 m處；在測點(diǎn)編號1114～1144之間、時間70～100 ms處，同樣出現(xiàn)反射波組零亂和不連續(xù)，推斷該段可能為“淺部坍塌體”，異常頂板埋深約在65 m處。測線的地震反射資料推斷的兩處局部陷落體范圍正好落在CSAMT推斷的地層擾動塌陷范圍內(nèi)，印證了測線CSAMT異常解釋推斷的可靠性。

根據(jù)測線Ⅱ剖面的低阻異常分布位置，推測溶腔埋深在310 m左右，根據(jù)測線Ⅲ剖面的低阻異常分布位置，推測溶腔埋深330 m左右。綜合分析3條測線頂板埋深位置，推測采空區(qū)頂板埋深在330 m左右。

圖3 地震波反射時間剖面圖

5 結(jié)論

(1)本次物探工作結(jié)果顯示，本次探測效果良好。采空區(qū)上覆地層的擾動表現(xiàn)為“主體彈性形變加局部陷落”，擾動的結(jié)果是采空區(qū)硝鹽水沿地層裂隙向上浸或者淺部地下水往采空區(qū)滲透，于采空區(qū)上方形成了厚大的低阻異常，并于“擾動的地層底板”形成低阻異常中心。

(2)根據(jù)3條測線剖面特征推測溶腔頂板埋深為330 m，可作為龍歸硝鹽礦采空區(qū)地面沉降防治評價的依據(jù)。

(3)影響地球物理勘探結(jié)果的因素較多，準(zhǔn)確的溶腔位置還需用鉆探驗證。