曹 偉

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一0六地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

巖溶是鋁土礦勘查的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，由于巖溶發(fā)育隱蔽性強(qiáng)，容易給礦產(chǎn)勘查帶來(lái)諸多施工和安全難題，可能導(dǎo)致漏漿、脫鉆等事故，影響施工進(jìn)度，提高勘察成本，甚至造成巨大的安全威脅和財(cái)產(chǎn)損失。脈沖瞬變電磁法（TEM）法是利用介質(zhì)在一次電流脈沖場(chǎng)激勵(lì)下會(huì)產(chǎn)生渦流，在脈沖間斷期間渦流不會(huì)立刻消失，其周圍空間會(huì)形成隨時(shí)間衰減的二次場(chǎng)。二次磁場(chǎng)隨時(shí)間衰減規(guī)律主要取決于目標(biāo)體的導(dǎo)電性、體積規(guī)模、埋深，以及發(fā)射電流的形態(tài)和頻率，因此可以通過(guò)接收線圈測(cè)量的二次場(chǎng)空間分布形態(tài)來(lái)了解地下介質(zhì)的空間分布。

1 鋁土礦區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

1.1 鋁土礦區(qū)地質(zhì)

貴州黔北某地區(qū)鋁土礦區(qū)主體構(gòu)造是新模向斜，為一大致呈北北東-北東向展布、向西傾伏、向南側(cè)伏、東緩西陡的不對(duì)稱向斜，斷裂構(gòu)造主要為重力滑移斷裂正斷層(F1、F2、F3)及逆斷層F4、F5、F6。礦區(qū)內(nèi)出露地層由老至新依次有志留系下統(tǒng)韓家店組，石炭系上統(tǒng)黃龍組，二疊系下統(tǒng)大竹園組、二疊系中統(tǒng)梁山組、棲霞組、茅口組，二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組、吳家坪組，三疊系下統(tǒng)夜郎組、嘉陵江組及第四系。其間缺失志留系中、上統(tǒng)，泥盆系和石炭系大部[1]。

1.2 巖溶發(fā)育特征

通過(guò)收集普查—初勘階段和本次施工的鉆探資料，統(tǒng)計(jì)鉆遇溶洞情況如下：勘查區(qū)以往勘查施工鉆孔10個(gè)，其中6個(gè)孔見溶洞，主要集中在地表100m以淺范圍，在P2m3～T1y2地層、640m～1100m標(biāo)高范圍均有溶洞發(fā)育，溶洞最大為8.41m，最小為1.14m；本次勘探施工2個(gè)鉆孔，有1個(gè)鉆孔遇16m大溶洞。

根據(jù)以上鉆探資料，結(jié)合地表調(diào)查的落水洞、溶洞、洼地等巖溶個(gè)體形態(tài)，綜合分析礦區(qū)巖溶發(fā)育特征、空間展布特征：

（1）地表巖溶發(fā)育特征。礦區(qū)地表巖溶主要集中在上壩場(chǎng)、巖口塘等地。封閉洼地內(nèi)主要發(fā)育落水洞和豎井，眾多的封閉巖溶洼地大小不一，巖溶發(fā)育程度不一。上壩場(chǎng)巖溶發(fā)育在海拔1350m～1400m之間，主要集中發(fā)育在茅口、棲霞組（P2m+q）地層中。

（2）地下巖溶發(fā)育特征。地下隱伏巖溶主要密集分布在Ⅴ號(hào)和Ⅵ號(hào)礦段，從施工鉆孔溶洞的起止深度和充填情況，發(fā)現(xiàn)由上至下溶洞從密至稀，規(guī)模由大至小，由空洞逐漸變?yōu)榘氤涮钊芏碵2]。地下巖溶發(fā)育呈網(wǎng)脈及樹枝狀，鉆孔遇溶洞、裂隙分布在海拔高程551.03m～1598.54m范圍；其中Ⅵ號(hào)礦段鉆孔編號(hào)尾號(hào)為4和6為巖溶集中發(fā)育帶。

1.3 地球物理特征

利用DZD-8型多功能全波形直流電法儀進(jìn)行小四極法現(xiàn)場(chǎng)露頭實(shí)測(cè)。工作區(qū)主要出露為二疊系吳家坪組、棲霞-茅口組、大竹園組及石炭系黃龍組灰?guī)r、志留系韓家店組頁(yè)巖、粘土巖(鋁土巖或鋁土礦)以及第四系浮土，各出露地層巖（礦）石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 工作區(qū)地層物性參數(shù)表

出露地層巖（礦）石平均電阻率由灰?guī)r→燧石結(jié)核灰?guī)r→鋁土礦化→頁(yè)巖→第四系浮土依次降低。其中，棲霞-茅口組灰?guī)r電阻率平均值為3376.8Ω·m，最高達(dá)5304.26Ω·m，呈高阻反映；其次為黃龍組灰?guī)r，平均值為2546.20Ω·m，同樣表現(xiàn)為高阻特征；鋁土礦、第四系浮土、頁(yè)巖電阻率均較低，與灰?guī)r相比具有明顯電性差異。

本次工作目的任務(wù)為查找碳酸鹽巖（灰?guī)r）地層隱伏巖溶，工作區(qū)出露地層主要為二疊系茅口組、吳家坪組、長(zhǎng)興-夜郎組地層?，F(xiàn)結(jié)合以往類似隱伏巖溶勘查經(jīng)驗(yàn)分析：

（1）地下水電阻率比較低（一般ρ=n×10Ω·m），巖石因構(gòu)造活動(dòng)破碎且不同程度含水相對(duì)圍巖表現(xiàn)為低電阻率特征；巖體因溶蝕形成溶洞，破壞了巖體完整性，當(dāng)巖溶規(guī)模較大且為空洞含空氣時(shí)，巖溶相對(duì)圍巖表現(xiàn)為極高電阻率特征；若溶洞含水相對(duì)圍巖表現(xiàn)為低電阻率特征，當(dāng)溶洞受淤泥填充時(shí)電阻率將進(jìn)一步降低。

（2）巖溶發(fā)育帶在視電阻率擬斷面圖上表現(xiàn)為低電阻率等值線密集帶或低值封閉圈，在平面圖上一般表現(xiàn)為明顯的低阻異常帶。

（3）從本次鉆探鉆遇溶洞情況來(lái)看，隱伏巖溶主要在茅口組灰?guī)r地層，規(guī)模一般在3m～20m不等。

綜上所述，地質(zhì)體與圍巖間存在明顯電性差異，即在本區(qū)具備運(yùn)用物探電法尋找地下隱伏巖溶空洞分布情況的地球物理前提。

2 瞬變電磁法的應(yīng)用要點(diǎn)

系統(tǒng)收集礦區(qū)以往地質(zhì)礦產(chǎn)勘查、地球物理勘查資料，在初步了解工作區(qū)概況及巖（礦）地球物理特征的基礎(chǔ)上，對(duì)重點(diǎn)工作區(qū)開展物探瞬變電磁法及高密度電法測(cè)量。根據(jù)本次物探勘查目的任務(wù)，在礦區(qū)Ⅱ號(hào)礦段布設(shè)物探瞬變電磁法測(cè)量，以查找深部隱伏巖溶，為鉆探施工及礦區(qū)工程地質(zhì)提供地球物理依據(jù)。

（1）測(cè)地方法及技術(shù)。測(cè)地工作采用儀器為久測(cè)公司代理的思拓力S3型RTK測(cè)量?jī)x2臺(tái)，儀器技術(shù)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，滿足測(cè)量工作要求。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，在布設(shè)剖面上進(jìn)行物探工作，按剖面計(jì)算各測(cè)點(diǎn)位理論坐標(biāo)。測(cè)地工作采用網(wǎng)絡(luò)RTK放樣確定點(diǎn)位，并將測(cè)點(diǎn)系紅色布條作為標(biāo)記。

工作開始前在勘查區(qū)附近找兩個(gè)以上已知GPS控制點(diǎn)對(duì)RTK測(cè)量?jī)x進(jìn)行坐標(biāo)系參數(shù)轉(zhuǎn)換校正。在室內(nèi)計(jì)算測(cè)點(diǎn)理論坐標(biāo)值，導(dǎo)入RTK測(cè)量?jī)x中[3]。在放樣模式下，用RTK接收機(jī)導(dǎo)航至測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位，讀取并記錄該點(diǎn)三維坐標(biāo)值。將RTK測(cè)量?jī)x中測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上進(jìn)行編輯、整理并做好數(shù)據(jù)存儲(chǔ)保存。

（2）瞬變電磁方法技術(shù)。瞬變電磁法（TEM）采用儀器為西安強(qiáng)源物探研究所研制的EMRS—2B型電磁礦產(chǎn)勘探儀。根據(jù)勘查區(qū)地球物理?xiàng)l件、勘探目的任務(wù)及實(shí)地測(cè)定點(diǎn)位，沿剖面正向（或反向）做順序觀測(cè)，調(diào)整供電電流、觀測(cè)疊加次數(shù)等參數(shù)，多次測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)衰變曲線形態(tài)特征，選擇數(shù)據(jù)最優(yōu)時(shí)存儲(chǔ)，當(dāng)異常出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)檢查，并存儲(chǔ)檢查數(shù)據(jù)。地形條件差時(shí)采取人工抬平測(cè)量線框裝置以消除地形影響，當(dāng)點(diǎn)位落在固定障礙物或地形危險(xiǎn)地段時(shí)，就近移動(dòng)點(diǎn)位儲(chǔ)存移點(diǎn)后的三維坐標(biāo)，保存對(duì)應(yīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

工作裝置及相關(guān)參數(shù)：本次測(cè)量采用重疊回線裝置，供電脈沖寬為4ms、供電電流在1100A左右；采樣率為80μs，采集400道數(shù)據(jù)，濾波合成22道：80μs～19.4ms；供電疊加選擇4～8次，在有干擾處適當(dāng)增加到16次；接收回線邊長(zhǎng)為3m×3m×6匝。

（3）測(cè)網(wǎng)布設(shè)。根據(jù)以往在碳酸鹽巖地區(qū)開展的瞬變電磁法勘查結(jié)果（見圖1），設(shè)計(jì)鉆孔ZK118009位置處視電阻率表現(xiàn)為中高阻、高阻顯示，處于巖溶發(fā)育風(fēng)險(xiǎn)區(qū)邊緣。利用掃面成果在該位置布設(shè)鉆孔，鉆探施工過(guò)程中在295.52～305.80m鉆遇溶洞,溶洞深11.28m。導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢。為進(jìn)一步查明隱伏巖溶，指導(dǎo)鉆孔位置，以該鉆孔為中心加密布設(shè)點(diǎn)線距為10m×10m的測(cè)網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)（見圖2）。

圖1 物探瞬變電磁法40×20m視電阻率平面異常圖

圖2 物探瞬變電磁法10×10m補(bǔ)測(cè)工作布置圖

通過(guò)補(bǔ)測(cè)發(fā)現(xiàn)（見圖3和圖4），鉆孔ZK118009深部隱伏巖溶較為發(fā)育，在5號(hào)測(cè)線5號(hào)測(cè)點(diǎn)位置深部存在明顯低阻異常，與鉆遇溶洞位置吻合度較高，建議鉆孔移至2號(hào)測(cè)線2號(hào)測(cè)點(diǎn)，最終順利終孔。由此可知，10×10m相比40×20m測(cè)網(wǎng)探測(cè)網(wǎng)度為10m×10m的網(wǎng)度效果較好，可靠性較高，如網(wǎng)度放稀，其探測(cè)成果可靠性較低，不能有效探測(cè)溶洞空間展布。

圖3 物探瞬變電磁法10×10m視電阻率斷面異常圖

圖4 物探瞬變電磁法10×10m視電阻率平面異常圖

本次工作區(qū)地形切割較大，坡度相對(duì)較陡，對(duì)探測(cè)精度難免造成一定影響，為降低鉆遇巖溶風(fēng)險(xiǎn)，克服物探因多解性造成的解譯誤差，最大限度查明鉆孔位置巖溶發(fā)育情況，更好配合鉆探、水文查明礦區(qū)工程地質(zhì)條件提供地球物理支撐，本次結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，擬布設(shè)點(diǎn)線距為10m,網(wǎng)度為7×9的測(cè)網(wǎng)開展物探測(cè)量工作，即在鉆孔位置布設(shè)7條剖面，每條剖面9個(gè)測(cè)點(diǎn)。物探剖面方向與地質(zhì)勘查剖面方向一致，點(diǎn)線號(hào)按至西向東、由南向北的原則編排。

（4）數(shù)據(jù)處理。首先對(duì)野外數(shù)據(jù)進(jìn)行100%的復(fù)核驗(yàn)算，對(duì)工作中有高壓線及通訊電纜穿過(guò)，測(cè)點(diǎn)受高壓線及民用電線等人文干擾，衰減曲線上某些頻點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)非正常跳動(dòng)或突變。利用隨機(jī)配置軟件對(duì)受干擾的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和剔除畸變數(shù)據(jù)，消除儀器噪聲、天然電磁噪聲和人文噪聲等引起的異?；儭Ｈ缓笸ㄟ^(guò)煙圈理論的反演公式計(jì)算空間視電阻率數(shù)據(jù)。并運(yùn)用SUFER軟件對(duì)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)繪制相應(yīng)圖件，具體處理流程如圖5所示。

圖5 TEM數(shù)據(jù)處理流程圖

（5）圖件繪制。數(shù)據(jù)經(jīng)上述處理，得到各斷面視電阻率數(shù)據(jù)、白化數(shù)據(jù)；同時(shí)根據(jù)需要切取部分標(biāo)高帶平面坐標(biāo)（Y,X）的視電阻率數(shù)據(jù)，再利用surfer、Mapgis等繪圖軟件繪制視電阻率擬斷面圖和視電阻率平面等值線圖。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算處理，繪制了相應(yīng)的視電阻率斷面推測(cè)解譯圖及平面切圖（見圖6和圖7），其中：斷面推測(cè)解譯圖橫坐標(biāo)為剖面長(zhǎng)度，縱坐標(biāo)為海拔標(biāo)高，藍(lán)～綠～黃～紅色填充區(qū)域分別代表低～中～高電阻率異常區(qū)，紅色實(shí)線為擬設(shè)鉆孔位置，藍(lán)色虛線為物探建議孔位，黑色虛線封閉圈為電阻率低阻異常；各鉆孔分別以20m海拔標(biāo)高間距切取了16個(gè)不同海拔標(biāo)高平面等值線圖，圖中橫坐標(biāo)為平面Y坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為平面X坐標(biāo)（直角坐標(biāo)系/2000坐標(biāo)系），藍(lán)～綠～黃～紅色填充區(qū)域代表低～中～高電阻率異常區(qū)。

圖6 ZK4526鉆孔物探(TEM)視電阻率斷面圖

圖7 ZK4526鉆孔物探(TEM)視電阻率平面切圖

3 應(yīng)用效果

（1）異常分析。從該礦區(qū)擬布鉆孔物探(TEM)視電阻率斷面成果圖來(lái)看，ZK4924低阻異常相對(duì)較強(qiáng)，且規(guī)模較大，ZK4526、ZK4930異常較弱，規(guī)模較小，即表明隱伏巖溶主要集中發(fā)育在ZK4924一帶，發(fā)育深度一般在200m～400m范圍，巖溶規(guī)模大小不一，相互連通充水的可能性較大。根據(jù)設(shè)計(jì)鉆孔深度，巖溶發(fā)育最深部位距離礦層較薄，當(dāng)?shù)V山開發(fā)利用時(shí)需注意巖溶管道水或突泥的影響，做好有效措施，避免安全事故發(fā)生。

（2）鉆探驗(yàn)證。已施工完成的17個(gè)物探指導(dǎo)鉆探定孔均未鉆遇較大溶洞，有效規(guī)避了巖溶導(dǎo)致脫鉆、卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)，降低了鉆探成本。根據(jù)物探異常特征結(jié)合各鉆孔柱狀圖及野外地質(zhì)記錄簿對(duì)鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證對(duì)比，見表2。

表2 物探專項(xiàng)調(diào)查鉆孔驗(yàn)證情況表

4 結(jié)論

通過(guò)前期鉆探鉆遇溶洞情況及本次物探專項(xiàng)調(diào)查解譯成果，對(duì)各礦段巖溶發(fā)育及分布特征作了進(jìn)一步分析，綜合推測(cè)了巖溶發(fā)育規(guī)律，為勘查區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)調(diào)查提供了地球物理信息。該工作區(qū)利用物探瞬變電磁法勘查能有效規(guī)避了巖溶空洞對(duì)鉆探的影響，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，從而降低了鉆探成本，提高了工作效率，表明物探瞬變電磁法可在巖溶區(qū)礦產(chǎn)勘查中具有推廣價(jià)值。