水泥石灰?guī)r礦山溶洞勘察初探

錢洪春

摘 ?要：文章簡要介紹巖溶勘察常用物探方法的基本原理和技術(shù)，并舉例說明其在巖溶發(fā)育的水泥石灰石礦山進(jìn)行溶洞勘察的有效性。探測結(jié)果與后期開采反饋結(jié)果基本吻合，說明綜合物探方法在勘查溶洞方面具有可行性和有效性，可為后期礦山開采提供可靠的依據(jù).

關(guān)鍵詞：巖溶;物探方法;礦山地質(zhì)勘察;溶洞

前言

巖溶溶洞具有隱蔽性和不確定性，對水泥礦山開采造成重大的安全隱患。應(yīng)用綜合物探方法對溶洞進(jìn)行勘查，查明其賦存狀態(tài)，以消除礦山安全隱患。本次試驗(yàn)選用的方法有高密度電阻率法、瞬變電磁法、淺層地震、地質(zhì)雷達(dá)等。

1 方法與原理

1.1 高密度電阻率法

是集電剖面法和電測深為一體的一種地學(xué)層析成像（Geotomography，簡稱GT）技術(shù)。實(shí)行密集采樣來提高采樣率和“多次覆蓋”的方法提高信噪比。多次覆蓋是指由不同的電流電極、不同的電位電極以地電斷面上相同的“點(diǎn)”進(jìn)行多次測量，而且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集和微機(jī)處理。

野外工作采用WGUD-2型高密度電阻率測量系統(tǒng)。工作溫度-10℃～+50℃;工作濕度為95%RH;電源由四個(gè)電池箱組成，最大輸出電壓為360V。

野外數(shù)據(jù)采集的觀測裝置：α、α2;電極間距5m;隔離系數(shù)：1～16;電極60根。

對原始資料進(jìn)行全面檢查、復(fù)核后，準(zhǔn)確無誤地錄入計(jì)算機(jī)，并轉(zhuǎn)換成RES2D格式。采用M.H.Loke博士設(shè)計(jì)的RES2DINV軟件進(jìn)行地形改正及反演計(jì)算。

1.2 瞬變電磁法

是利用不接地回線向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間歇期間，利用另一回線接收由地下地質(zhì)體受激勵引起的渦流產(chǎn)生的隨時(shí)間變化的感應(yīng)二次場的電法方法。二次場按指數(shù)規(guī)律衰減，其大小與地下地質(zhì)體的電阻率有關(guān)，低阻體感應(yīng)二次場衰減速度較慢，二次場電壓較大;根據(jù)二次場衰減曲線的特征，就可以判斷地下地質(zhì)體的電性、規(guī)模和產(chǎn)狀等，從而達(dá)到解決溶洞、斷層等地質(zhì)問題的目的。

野外工作采用中科院地球物化探所生產(chǎn)的IGGETEM-20瞬變電磁儀。主要技術(shù)指標(biāo)：最大輸出功率500W;最大輸出電壓48V;最大輸出電流10A;發(fā)射電流為雙極性，占空比1：1;脈沖寬度分4、10、20、40s。

野外觀測采用10m×10m重疊回線裝置，在發(fā)射線圈上并聯(lián)51Ω的電阻，接收線圈上并聯(lián)200Ω的電阻，有效地抑制了早期測道的阻尼振蕩。有關(guān)技術(shù)參數(shù)為：發(fā)射周期T=4ms（1～54取樣道）;下降沿關(guān)斷時(shí)間Dn=24μs;采樣延遲時(shí)間De=10μs;采樣時(shí)窗范圍為0.007～2.535ms;疊加次數(shù)St=512次（干擾較嚴(yán)重的測點(diǎn)加大至1024次）;供電電流7A。

采用隨機(jī)的瞬變電磁工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及多次計(jì)算。

1.3 淺層地震

利用介質(zhì)的彈性波速差異來解決地質(zhì)問題的地球物理方法。淺層地震勘查在每條測線上均有選擇地布置了多道瞬態(tài)面波法、高密度多波列地震影像法、地震折射波法。其中地震影像法是全線覆蓋，地震折射法和面波法排列根據(jù)實(shí)際解釋需要布置。為便于資料對比分析，測線樁號以地震影像樁號為準(zhǔn)。

野外工作采用SWS-1型多功能面波儀。

1.3.1 多道瞬態(tài)面波法

具體工作參數(shù)為：

道間距2.0m;偏移距10-30m;24道觀測;采樣間隔1.0ms;采樣點(diǎn)數(shù)1024點(diǎn);震源為重錘;檢波器頻率4Hz。

數(shù)據(jù)處理采用瞬態(tài)面波資料處理專用軟件，計(jì)算頻散曲線和地層速度劃分，以確定基巖埋深與巖溶發(fā)育狀態(tài)。

1.3.2 高密度多波列地震影像法

野外采集數(shù)據(jù)時(shí)，使用10Hz三分量檢波器，儀器開通三道接收方式，以采集更豐富的資料。采用1.0m點(diǎn)距;10-16m偏移距;采樣間隔為0.5ms;采樣點(diǎn)數(shù)2048點(diǎn);震源方式為錘擊。

室內(nèi)將野外采集的三分量地震記錄分別編輯整理，對比分析波動場特征，確定巖溶發(fā)育與分布狀況。

1.3.3 地震折射法

采用相遇觀測系統(tǒng)，在復(fù)雜地段增加中間炮或追加遠(yuǎn)炮，以確?；鶐r折射波的可靠性。同時(shí)為提高信噪比，部分排列使用震源彈激發(fā)。

相關(guān)參數(shù)為：道間距3.0-4.0m;24道觀測;采樣間隔0.25ms;采樣點(diǎn)數(shù)1024點(diǎn);震源為重錘或震源彈;檢波器頻率35Hz。

采用地震折射波法的目的是了解基巖深度和波速。室內(nèi)解釋一般以T0法為主，在基巖面起伏較大時(shí)采用射線追蹤法。

1.4 探地雷達(dá)

探地雷達(dá)是應(yīng)用脈沖電磁波來探測目標(biāo)物。

野外數(shù)據(jù)采集采用瑞典瑪拉公司生產(chǎn)的RAMAC型探地雷達(dá)及配套的50MHz軟體天線。

工作參數(shù)的選取為：工作頻率50MHz，軟體天線發(fā)射和接收，采樣點(diǎn)數(shù)為512，疊加次數(shù)為自動，工作時(shí)窗為700-1000ns。

資料進(jìn)行整理及處理的主要內(nèi)容有：校核班報(bào)記錄與磁盤文件，回放圖像記錄，對記錄進(jìn)行增益調(diào)整、濾波等初步處理，進(jìn)行記錄質(zhì)量初評，分析現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)過程所用方法及參數(shù)是否達(dá)到或接近最佳，并對記錄進(jìn)行初步解釋。雷達(dá)資料采用隨機(jī)的后處理軟件進(jìn)行分析解釋。

2 應(yīng)用實(shí)例

試驗(yàn)地點(diǎn)為廣西平南水泥礦山、貴港水泥礦山、田陽水泥礦山和廣東封開水泥礦山。分別按線距10米或15米布置，共布置剖面16條，剖面總長度為4890m。在方法試驗(yàn)的基礎(chǔ)上編寫了物探單項(xiàng)設(shè)計(jì)書。試驗(yàn)以高密度電阻率法為主，輔以瞬變電磁、淺層地震、探地雷達(dá)等方法。綜合應(yīng)用以上4種方法對華潤水泥礦山溶洞進(jìn)行勘查，通過對勘查結(jié)果的綜合分析，共圈出6處淺部異常區(qū)和15處深部異常區(qū)，圈定了溶洞的位置，并確定了其不同埋深。

3 結(jié)論與建議

（1）高密度電阻率法可以快速、準(zhǔn)確地提供測區(qū)電阻率斷面圖，在探測溶洞的位置、大小和埋深等方面取得了很好的效果，但是其探測深度較淺。

（2）瞬變電磁法則顯現(xiàn)出高分辨率、快捷、大探測深度、小探測盲區(qū)、對水的賦存狀態(tài)反應(yīng)敏銳等特點(diǎn)。

（3）淺層地震法要求地表堅(jiān)硬、剖面偶合、激發(fā)能量一致。

（4）探地雷達(dá)具有方便、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、無損、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

以上列舉的物探方法在勘察水泥石灰石礦山溶洞的幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例表明，物探方法在解決巖深地質(zhì)問題時(shí)卓有成效。但同時(shí)也應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，物探方法僅僅是一種間接手段，存在一定的局限性，只有同地質(zhì)學(xué)其他方法緊密結(jié)合才能發(fā)揮更大的作用。

隨著物探方法理論與技術(shù)發(fā)展，以及物探在溶洞勘察應(yīng)用的不斷深入，物探方法在勘察水泥礦山巖溶方面的地質(zhì)效果將會不斷提高，這一技術(shù)的應(yīng)用也將不斷為水泥礦山的安全生產(chǎn)作出重大貢獻(xiàn)。

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