高密度電法在物探工作中的應用

張雪飛 王忠輝 孫珊珊

摘要：本文從高密度電法在招遠玲瓏鎮(zhèn)大蔣家擬建尾礦庫規(guī)劃區(qū)塊物探工作的實際應用方面出發(fā)，通過在該區(qū)塊開展高密度電法視電阻率測深測量，以查明場區(qū)范圍內(nèi)是否有明顯的采空區(qū)及斷裂構(gòu)造破碎帶存在。本文重點對高密度電法探測玲瓏鎮(zhèn)大蔣家村擬建尾礦庫中遇到的幾個關鍵技術問題開展研究，為該區(qū)塊工程地質(zhì)勘察設計施工提供可靠的物探資料。

關鍵詞：隱患探測 ?采空區(qū) ?地球物理特征 ?應用

1 概述

高密度電法與其它探測方法相比較，具有自動化程度高、工作效率高、異常形成直觀等優(yōu)點，在工程地質(zhì)勘察領域、地質(zhì)災害調(diào)查以及考古等諸多領域得到了廣泛應用并取得了良好的效果[1]。20世紀80年代中后期，我國地礦部門率先開展了高密度電阻率應用技術的研究，從理論和實際相結(jié)合的角度，進一步探討、完善了相關理論及有關的技術問題。近些年該方法先后在一些工程地質(zhì)調(diào)查中取得了明顯的效果。

探測采空區(qū)及斷裂構(gòu)造破碎帶存在是地質(zhì)勘探的一個重要任務。近年來，有關采空區(qū)問題的普遍性和對人類生命財產(chǎn)安全的威脅，已引起各國的高度重視[2-3]。我院于2011年3月1日至3月2日在招遠玲瓏鎮(zhèn)大蔣家擬建尾礦庫規(guī)劃區(qū)塊開展了高密度電法視電阻率測深測量，以查明場區(qū)范圍內(nèi)是否有明顯的采空區(qū)及斷裂構(gòu)造破碎帶存在。本次工作共完成高密度電法剖面測量3條，施工剖面總長640m，共320個物理點，點距為2m。

2 研究區(qū)的地質(zhì)（或項目）背景

2.1 研究區(qū)的地質(zhì)概況。①地層。區(qū)域內(nèi)出露地層有新太古代膠東巖群、新生代第四系松散堆積物[4]。根據(jù)膠東巖群中金含量較高及全球太古代火山沉積綠巖建造普遍富金的規(guī)律，結(jié)合膠東巖群在后期巖漿構(gòu)造活動中遭受破壞、改造、演化的歷史，認為膠東巖群為本區(qū)金礦成礦的原始“礦源層”，金元素應來源于由地球深處噴發(fā)的火山物質(zhì)。②構(gòu)造。a招平斷裂。南自平度山旺，向北經(jīng)招遠大尹格莊、招遠城、臺上、九曲蔣家直至龍口市七甲，全長100km。斷裂帶走向35°～50°，總體走向40°，傾向南東，傾角35°～55°。招平斷裂沿不同巖性的接觸面發(fā)育，是一典型的復合構(gòu)造。斷裂帶由1～3條主斷裂構(gòu)成，各主斷裂產(chǎn)狀近于一致。主斷裂下盤派生的次級斷裂構(gòu)造發(fā)育，與主斷裂構(gòu)成“入”字型。斷裂帶寬窄不一，寬度在50～800m間。帶內(nèi)構(gòu)造巖發(fā)育，主要由碎裂巖、碎裂狀花崗巖、灰黑色斷層泥組成。斷裂帶內(nèi)蝕變帶礦化發(fā)育，是一條主要控礦斷裂帶。與之平行的還有欒家河斷裂[5]。b破頭青斷裂。破頭青斷裂西起招遠溫家，經(jīng)臺上、九曲至龍口市雀山姜家，全長22km，該斷裂中段（臺上至九曲）與招平斷裂帶復合，總體走向NE60°～70°，傾向SE，傾角40°～45°。斷裂帶寬200～400m，復合地段達800m。構(gòu)造巖組合以糜棱巖、碎裂巖為主，形成厚達400余米的斷裂破碎帶。破碎帶下盤斷層泥發(fā)育，為標志性裂面。該斷裂的復合部位控制有臺上特大型金礦床。礦田內(nèi)控制其它礦脈的二級控礦斷裂發(fā)育于破頭青斷裂和招平斷裂的下盤，走向NEE、NE和NNE，傾向SE或NW，傾角較陡，一般50°～70°，屬張扭性斷裂。二級控礦斷裂控制著礦田內(nèi)眾多金礦脈的分布。③巖漿巖。區(qū)域內(nèi)巖漿巖十分發(fā)育，均為侵入巖類。根據(jù)同源巖漿演化-脈動理論，可劃分為7個超單元、18個單元。a馬連莊超單元。分布在區(qū)域東部的東大夼一帶，僅出露欒家寨單元。巖性為斜長角閃巖，呈小包體分布在棲霞超單元中。該超單元遭受了高角閃巖相變質(zhì)作用。b棲霞超單元。呈巖基狀，分布在區(qū)內(nèi)阜山鎮(zhèn)以北及玲瓏鎮(zhèn)以南地區(qū)。呈包體狀分布于玲瓏超單元、文登超單元中，分為回龍夼、樂土夼、牟家三個單元，片麻理構(gòu)造發(fā)育。主要巖性為英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖，同位素年齡2610～2885.8Ma，形成于新太古代。經(jīng)過長期的地質(zhì)科研工作，認為巖漿在侵位過程中，將地幔中的含金物質(zhì)帶至地殼并初步富集，形成金礦的初始“礦源巖”之一。c萊州超單元。分布于區(qū)域東北部的解家、西大夼等地。出露西水夼單元，巖性為斜長角閃巖，多呈包體產(chǎn)出。d雙頂超單元。分布于區(qū)內(nèi)九曲蔣家西、欒家溝東一帶，出露雙頂單元，巖性為片麻狀細?；◢忛W長巖。e玲瓏超單元。主要分布在區(qū)域北部及東南部地區(qū)，分布面積較大。出露有云山、九曲、羅山、大莊子、郭家店等5個單元。巖性為含斑粗、中粒二長花崗巖、弱片麻狀細、中粒含石榴二長花崗巖等。該超單元與區(qū)內(nèi)金礦的空間依存關系密切。f文登超單元。即前人所指的“欒家河巖體”。分布比較集中，總體呈北東-南西向條帶狀展布，主要分布在區(qū)域南部玲瓏-阜山地區(qū)。有的學者認為，文登超單元是金礦成礦物質(zhì)的“同源巖”之一，即二者來源于同一巖漿系列。金礦床早期成礦階段的物質(zhì)來源即為文登超單元的巖漿期后熱液。文登超單元為金礦床的形成，直接提供了成礦物質(zhì)。g郭家?guī)X超單元。郭家?guī)X超單元與金礦的成因關系十分密切。形成郭家?guī)X超單元的巖漿，在演化侵位過程中，將一部分幔源成礦物質(zhì)帶入地殼，同時大量地捕獲了膠東巖群、玲瓏超單元中已相對富集的金礦成礦物質(zhì)，將二者混合于同一巖漿系統(tǒng)中。因此，郭家?guī)X超單元是金礦成礦物質(zhì)的主要“同源巖”。

2.2 研究區(qū)的電性特征。本次電性參數(shù)測定采用野外露頭測量和標本測量兩種方法。野外露頭測量：測量裝置采用小四極裝置，采用不同的極距，同一露頭多次測量，同一巖性多處測量，盡量提高代表性。供電儀器為重慶萬馬物探儀器有限公司制造的WDYX-1型巖樣測試信號源，接收儀器與野外生產(chǎn)相同，為重慶萬馬物探儀器有限公司制造WDJS-2型數(shù)字直流激電接收機，供電周期為16s，斷電延時時間為200ms，采樣寬度40ms，疊加次數(shù)2次。各類巖（礦）石物性參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果如下：

表1 ?巖（礦）石物性參數(shù)測定成果統(tǒng)計表

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本次工作區(qū)主要出露巖石為巖性為含斑粗、中粒二長花崗巖、弱片麻狀細、中粒含石榴二長花崗巖等。由實測物性參數(shù)資料看出：斜長角閃巖、變粒巖、石英脈、中粒二長花崗巖及二長花崗巖呈高阻低極化反映。

3 高密度電法概述

本文高密度電法測量使用的儀器是WGMD-9型超級高密度電法測量系統(tǒng)，接收機是WDA-1、1A型超級數(shù)字直流電法儀。該儀器是中裝集團技術中心與重慶地質(zhì)儀器廠聯(lián)合研制開發(fā)的新型高密度電阻率測量系統(tǒng)。該儀器采用全數(shù)字自動化測量，對自然電位漂移及電極極化進行自動補償，采用模擬數(shù)字雙重濾波技術，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)的準確性，適合高分辨率電阻率法工程地質(zhì)勘探。

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WGMD-9型高密度電法測量系統(tǒng)的主要技術指標如下：

①接收部分

a電壓通道：±32V（24位A/D）;

測量精度：

當Vp≥5mV時，±0.2%±1個字

當0.1mV≤Vp<5mV時，±1%±1個字

b輸入阻抗：>50MΩ;

c視極化率測量范圍：±1%±1個字;

d Sp補償范圍：±10V;

e電流通道：6A（24位A/D）;

測量精度：

當Ip≥5mA時，±0.2%±1個字

當0.1mA≤Ip<5mA時，±1%±1個字

f 50Hz工頻干擾（共模與差模干擾）壓制：優(yōu)于80dB。

②發(fā)射部分

最大發(fā)射功率：7200W;

最大供電電壓：±1200V;

最大供電電流：±6A;

供電脈沖寬度：1～60秒，占空比為1：1。

4 研究內(nèi)容

4.1 物探工作布置。本工區(qū)共布置了3條剖面進行高密度電阻率測量，布設點距為2m，測量通道為130道，供電延時100毫秒，電極隔離系數(shù)16。自動測量自電SP、電位差VP、電流IP以及計算視電阻率ρa值，采用溫納裝置。所有測點均由皮尺丈量布設，溫施層30層。

施工剖面總長620m，共320個物理點。其中每條剖面控制點的相對坐標如表2。

GPS參數(shù)為：中央子午線為E120°，DX為0，DY為0，DZ為0，DA為-3，DF為+0.00000003。

4.2 室內(nèi)資料整理及數(shù)據(jù)處理。室內(nèi)工作主要是將高密度電法測量所采集的大量數(shù)據(jù)輸入計算機中。用多功能電法處理軟件對數(shù)據(jù)進行預處理，包括數(shù)據(jù)突變點剔除，數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，數(shù)據(jù)平滑等。然后進行地電斷面成像，繪制電阻率色譜斷面圖、反演模型電阻率色譜斷面圖、正演視電阻率色譜擬斷面圖。

4.3 物探工作質(zhì)量評述。由高密度電法視電阻率斷面圖可以看出，本次高密度電法測量電流和電壓的正負周期波形都比較平穩(wěn)，測量數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，野外工作方法的選擇和數(shù)據(jù)采集均符合規(guī)范要求。

5 研究結(jié)果

本章節(jié)擬根據(jù)招遠市玲瓏鎮(zhèn)大蔣家擬建尾礦庫高密度電法剖面反演模型電阻率色譜斷面圖，對每條剖面逐一進行分析：

5.1 I剖面

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圖5-1 ?高密度電法I剖面反演模型電阻率色譜斷面

從I剖面斷面圖可以看出在20～132點淺部ρa值較低，變化范圍為61～190Ωm，該低阻區(qū)對應水庫位置，推測為淺部第四系地層充水引起，132點向北淺部ρa值增大，推測由巖性引起。

5.2 II剖面（見圖5-2）

從II剖面斷面圖可以看出線沿水庫西側(cè)南北向布設，剖面方向為西南到東北向，剖面長200m，布設點距2m，測量通道為100道，溫施層30層。從Ⅱ剖面視電阻率斷面圖上可以看出在36～64點淺部ρa值較高，推測由地表沿河巖石出露引起，向深部ρa值逐漸增大;在80點處有一由ρamax=407Ωm圈定的高阻異常，地表踏勘見有偉晶巖脈出露，推測該阻值異常由該脈巖引起;在140點和160點處淺部見有低阻異常，推測由采空巷道充水引起。

5.3 III剖面

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圖5-3 ?高密度電法III剖面反演模型電阻率色譜斷面圖

測線位于I剖面東側(cè)，垂向溝南北向布設，剖面方向為西南到東北向，剖面長180m，布設點距2m，測量通道為90道，溫施層25層。

從Ⅲ剖面ρa斷面圖可知，20～120點淺部ρa值較低，變化范圍為33～200Ωm，推測為淺部第四系地層引起，120點向北淺部ρa值增大，推測由巖性引起。向深部ρa值逐漸增大，無明顯阻值異常。

6 討論

綜上所述，本次物探工作所測的數(shù)據(jù)和資料經(jīng)多次檢查和重復測量，資料可靠。通過對本區(qū)已取得的高密度資料進行綜合分析，區(qū)域地層穩(wěn)定性較好，在Ⅱ剖面140點和160點處見有兩處低阻異常，推測為采空巷道充水引起，不影響尾礦庫建設。

參考文獻：

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作者簡介：

張雪飛（1981-），男，山東濱州人，物化探副經(jīng)理，物化探助理工程師，研究方向：地球物理、化學勘查。