嚴(yán)易會(huì)，李小東，王 洪，劉 松，曾 杰

貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì)，貴州 黔南 558000

貴州某化工廠下游存在一溶洞出水口，出水量約3萬(wàn)t/d，為了查明該溶洞水路在廠區(qū)及其上游的分布特征，為后期工程設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)依據(jù)，文章提出可在廠區(qū)及其上游采用充電法、高密度電法、瞬變電磁法（TEM）等綜合物探方法進(jìn)行勘查。

1 物探方法原理簡(jiǎn)介

（1）充電法。根據(jù)充電體和圍巖電性差異，在良導(dǎo)電性地質(zhì)體的天然或人工露頭接上供電電極進(jìn)行充電，另一供電電極置于遠(yuǎn)離充電體的地方，供電時(shí)充電體為一等位體或似等位體，電流由充電體流入危巖形成穩(wěn)定電流場(chǎng)，該電場(chǎng)的分布特征與充電體的形態(tài)、大小和產(chǎn)狀有關(guān)[1]。在地面、鉆井或坑道中對(duì)其電場(chǎng)的空間分布進(jìn)行觀測(cè)和研究，以了解礦體或其他良導(dǎo)體的賦存情況，獲得所需要的地質(zhì)資料。

（2）瞬變電磁法。利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間，利用線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法。簡(jiǎn)單而言，瞬變電磁法的基本原理就是電磁感應(yīng)定律。衰減過程一般分為早、中和晚期，早期的電磁場(chǎng)相當(dāng)于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小；而晚期成分則相當(dāng)于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測(cè)量斷電后各個(gè)時(shí)間段的二次場(chǎng)隨時(shí)間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征[2]。

（3）高密度電法。高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，它以巖、土導(dǎo)電性的差異為基礎(chǔ)，研究人工施加穩(wěn)定電流場(chǎng)的作用下地中傳導(dǎo)電流分布規(guī)律[3-4]。

2 勘查區(qū)概況

2.1 地形地貌

勘查區(qū)為典型的丘陵地貌，地勢(shì)起伏較大，總體上東高西低，北部和南部高中間低，沿河流地區(qū)地勢(shì)較為平坦?？辈閰^(qū)地處烏江流域，有兩條河流從勘查區(qū)中部穿過，河流自南東流向北西。

2.2 地質(zhì)概況

（1）地層?？辈閰^(qū)地層為三疊系茅草鋪組（T1m）、三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）。巖性：上部為淺灰色、肉紅色中至厚層白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r；中部部為色薄至中厚層粉晶灰?guī)r；下部為灰綠色、紫紅色頁(yè)巖，偶夾薄層灰?guī)r。

（2）構(gòu)造?？辈閰^(qū)位于向斜軸部，向斜軸部東側(cè)三疊系茅草鋪組地層，走向?yàn)槟衔髦帘睎|向。

（3）水文地質(zhì)?？辈閰^(qū)內(nèi)巖層主要為茅草鋪組、夜郎組碳酸鹽巖及碎屑巖，巖性主要為灰?guī)r，間夾砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及頁(yè)巖等，碳酸鹽巖富含巖溶水，富水性強(qiáng)，但水體分布極為不均勻，往往在裂隙巖溶通道形成大的地下暗河。地下水賦存于風(fēng)化帶、基巖裂隙、巖溶構(gòu)造之中，為巖溶水、基巖裂隙水及少許孔隙水，一般沿巖層傾向徑流，向斜軸部匯集，在地勢(shì)低洼處、河流、溪流或壓力減少處排泄。

2.3 地球物理特征

此次物探工作主要是在廠區(qū)南側(cè)干擾較小的地段展開，該區(qū)主要出露地層巖性為第四系黏土、茅草鋪組一、二段白云巖，夜郎組一段頁(yè)巖、二段薄層灰?guī)r及三段厚層狀灰?guī)r，對(duì)各地層巖性與地下水體的典型視電阻率對(duì)比如表1所示。由表1可知，其上覆第四系黏土視電阻率呈中低阻反映，茅草鋪組一、二段視電阻率呈高阻反映，下伏夜郎組一、二段視電阻率呈中～中高阻反映，而地下水視電阻率呈低阻反映，圍巖與水體的電阻率差異較大，為利用充電法、瞬變電磁法、高密度電法探測(cè)地下水的通道和埋深提供了較好的電性前提。

表1 勘查區(qū)巖樣電阻率特征

3 工作布置與資料整理

經(jīng)過踏勘，在勘查區(qū)布置垂直于地下水走向的物探測(cè)線若干條。

充電法充電點(diǎn)布置在溶洞出水口（A極），無(wú)窮遠(yuǎn)極（B極）在垂直地下水徑流（暗河）通道且距離大于1.2km，在測(cè)線上移動(dòng)觀測(cè)電極M、N逐點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。充電電位梯度測(cè)量點(diǎn)距10m，異常地段加密到5m。

瞬變電磁裝置為重疊回線裝置，回線邊長(zhǎng)為5～10m，點(diǎn)距10～20m。在野外生產(chǎn)中采用1匝發(fā)送、1匝接收，發(fā)送頻率為25Hz，疊加次數(shù)為128次，發(fā)送電壓為12V。采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行復(fù)核和平滑處理后，使用MSD-1數(shù)據(jù)處理軟件計(jì)算視電阻率值，利用跨平臺(tái)金維地學(xué)信息處理研究應(yīng)用系統(tǒng)形成視電阻率斷面圖。

高密度電法采用四極裝置或三極裝置排列。測(cè)量時(shí)采用串聯(lián)布極法，電極方向與測(cè)線方向一致，電極距3～5m，布設(shè)電極時(shí)確保電極與土壤接觸良好。先剔除野外所測(cè)得的數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，然后用二維高密度電法反演軟件（2DRES）反演，最終形成高密度視電阻率色度圖和反演圖。

4 推斷解釋成果分析

4.1 異常推斷解釋

通過開展物探工作，在工作區(qū)布置的18條物探剖面上推測(cè)巖溶裂隙發(fā)育區(qū)域有65處。對(duì)各異常進(jìn)行對(duì)比解譯發(fā)現(xiàn)，物探異常埋深中心大都在6～45m，與該地區(qū)的河面及出水點(diǎn)埋深較為吻合，經(jīng)綜合分析及驗(yàn)證該類物探，發(fā)現(xiàn)異常大都為溶洞、裂隙中充填泥漿或充水所引起。以14線、17線物探剖面為例分析異常特征。

14線：根據(jù)充電法歸一化零值點(diǎn)、瞬變電磁法的視電阻率異常特征、高密度電法測(cè)深的視電阻率異常特征，結(jié)合區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)信息推測(cè)認(rèn)為，低阻異常位置為巖溶填充泥漿、水或?yàn)榱严逗?4線充電法歸一化曲線如圖1所示，14線TEM、高密度視電阻率斷面圖分別如圖2、圖3所示。其中，14～118號(hào)點(diǎn)為充電法零值點(diǎn)，在45～50m瞬變電磁法低阻異常和高密度低阻異常位置反映較好，推測(cè)為巖溶裂隙發(fā)育，并且推測(cè)該巖溶裂隙和溶洞出水口連通；14～130號(hào)點(diǎn)為充電法零值點(diǎn)，在10～16m瞬變電磁法低阻異常和高密度低阻異常位置反映較好，推測(cè)該低阻異常為巖溶裂隙發(fā)育，并且該巖溶裂隙和溶洞出水口連通。經(jīng)過鉆探和井下電視驗(yàn)證結(jié)果如圖4所示。該剖面上覆地層依次為耕土、黃黏土、少許白云巖團(tuán)塊，厚度在0～10.3m；下伏地層為三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T1m），巖性為淺灰、灰白色含肉紅色中厚層塊狀白云巖，巖溶裂隙發(fā)育，巖溶填充水或者泥。ZK14-118鉆孔45～49.1m，巖溶裂隙發(fā)育，抽水試驗(yàn)水量大于4.17L/s；ZK14-130鉆孔9～11m為溶洞，抽水試驗(yàn)水量大于4.17L/s。經(jīng)連通試驗(yàn)表面，該水路和出水口水路連通。

圖1 14線充電法歸一化曲線

圖2 14線TEM視電阻率斷面圖

圖3 14線高密度視電阻率斷面圖

圖4 14線鉆孔驗(yàn)證圖

17線：根據(jù)高密度電法測(cè)深的視電阻率異常特征，結(jié)合區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)信息推測(cè)認(rèn)為，低阻異常位置為巖溶填充泥漿、水或?yàn)榱严逗?7線高密度視電阻率斷面如圖5所示。經(jīng)過鉆探和井下電視驗(yàn)證結(jié)果表明：該剖面上覆地層依次為耕土、雜填土、黃黏土、少許白云巖團(tuán)塊，厚度在0～6.5m；下伏地層為三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T1m），巖性為淺灰、灰白色含肉紅色中厚層塊狀白云巖，巖溶裂隙發(fā)育，巖溶填充水或者泥漿。ZK17-106鉆孔18～18.4m為裂隙巖溶裂隙發(fā)育；ZK17-117鉆孔32.5～47.0m為溶洞。經(jīng)連通試驗(yàn)表面，該水路和出水口水路連通，17鉆孔驗(yàn)證圖如圖6所示。

圖5 17線高密度視電阻率斷面圖

圖6 17鉆孔驗(yàn)證圖

4.2 綜合成果分析

通過綜合分析充電法、瞬變電磁法（TEM）、高密度電阻率法、水文地質(zhì)鉆探等結(jié)果認(rèn)為：

（1）工作區(qū)位于3條水系的交匯區(qū)域、區(qū)域內(nèi)巖性為富水性強(qiáng)的白云巖、灰?guī)r，巖溶裂隙十分發(fā)育，地下巖溶裂隙呈網(wǎng)狀、串珠狀分布，地下水主要由向斜兩翼往向斜軸部集中徑流，主通道主要沿向斜軸部自南西至北東方向分布。

（2）該區(qū)上覆地層為淺灰色至肉紅色中至厚層白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r，淺灰色薄至中層狀灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育、巖溶裂隙中心埋深6～45m；下伏地層為隔水層頁(yè)巖。

（3)該區(qū)地下水系發(fā)育，僅物探剖面上就推測(cè)巖溶裂隙發(fā)育區(qū)域65處，物探剖面控制區(qū)域共推測(cè)地下水系24條。地下水沿地層傾向、巖溶裂隙、F2斷層向向斜軸部匯集，最終在溶洞出露，主要水路上鉆孔抽水試驗(yàn)最大水量約為20.83L/s。

5 結(jié)論與建議

（1）充電法在追索巖溶區(qū)的地下暗河時(shí)，應(yīng)將充電點(diǎn)選在地下暗河的出露處，然后在垂直于地下暗河的可能走向上布設(shè)測(cè)線，并沿測(cè)線一側(cè)進(jìn)行電位和梯度測(cè)量，并將全部測(cè)量剖面上電位曲線的極大點(diǎn)及梯度曲線的零值點(diǎn)連接起來(lái)，這個(gè)異常軸就是地下暗河在地表的投影。

（2）高密度電法和瞬變電磁法的低阻異常均能較好的反映巖溶情況。在充電法零值點(diǎn)連接線布置高密度電法和瞬變電磁法，兩種方法可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互驗(yàn)證，減少了物探解釋的多解性，提高了物探解釋的準(zhǔn)確度。

（3）充電法、高密度電法、瞬變電磁法三種物探方法相結(jié)合，可取得良好的地下巖溶裂隙勘查應(yīng)用效果。