巖溶山區(qū)不良地質(zhì)體多重地球物理勘探研究

楊梨 李濤 袁飛揚(yáng) 雷梅 楊成艷 郭啟利 高穎

摘 要：巖溶山區(qū)不良地質(zhì)體多誘發(fā)各類地質(zhì)災(zāi)害，需要開展地球物理探測。以六盤水地區(qū)為探測區(qū)，采用高密度電法和瞬變電磁2種探測技術(shù)探測巖溶地區(qū)不良地質(zhì)體賦存規(guī)律。探測結(jié)果顯示兩種方法相互印證，查明了不良地質(zhì)體區(qū)域。研究結(jié)果為工程建設(shè)提供了可信的地質(zhì)資料。

關(guān)鍵詞：巖溶山區(qū);不良地質(zhì)體;高密度電法;瞬變電磁法

0 前言

我國滇黔桂為巖溶山區(qū)，巖溶山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，嚴(yán)重影響了人身和財產(chǎn)的安全。巖溶山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害多由不良地質(zhì)體誘發(fā)，因此需要開展不良地質(zhì)體的探查研究。地球物理勘探技術(shù)是非接觸的探測技術(shù)，由于其勘探范圍大、費(fèi)用低、實(shí)施方便等有點(diǎn)，國內(nèi)外大量使用[1-4]。但由于物探技術(shù)的多解性，常常無法準(zhǔn)確圈定不良地質(zhì)體范圍。目前，國內(nèi)多采用物探和鉆探綜合探查技術(shù)，或者多重物理勘探技術(shù)來嘗試解決這一個問題。

本次研究，就以貴州巖溶山區(qū)為地質(zhì)背景，采用高密度電法和瞬變電磁兩種技術(shù)開展綜合地球物理勘探研究。

1 探查區(qū)地質(zhì)背景概述

貴州省地處云貴高原，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。而六盤水市在貴州省西部的烏蒙山區(qū)，地跨北緯25°1944"至26°5533"、東經(jīng)104°1820"至105°4250"，總面積9965平方公里，占全省總面積的5.63%，處于云貴高原一、二級臺地斜坡上，地勢對于貴州省內(nèi)其他地區(qū)高，地形復(fù)雜，六盤水市中部因?yàn)楸北P江的強(qiáng)烈切割侵蝕，導(dǎo)致地形起伏劇烈。一般地區(qū)海拔在1400至1900米之間。其地面最高點(diǎn)在鐘山區(qū)大灣鎮(zhèn)，海拔2845.7米;其最低點(diǎn)在六枝特區(qū)毛口鄉(xiāng)北盤江河谷，海拔586米。其相對高差2259.7米。以山地、丘陵為主，還有盆地、山原、高原、臺地等地貌類型。年均氣溫在13至14℃，1月平均氣溫3至6.3℃，7月平均氣溫19.8至22℃，無霜期在200至300天。其年降水量在1200～1500毫米。六盤水市表層為第四系巖層且厚度在0.8～31m，其巖層由黃褐色粘土、黑色亞粘土、灰黑色含礫粘土及淤泥為主。在第四系巖層下的基巖是石炭系灰?guī)r，而且?guī)r溶非常的發(fā)育，并且?guī)r溶水極為豐富，單位出水量可以達(dá)到666～9600m3/d。其水位的埋深在0.8～12m，普遍具有承壓特性。隨著六盤水市國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展， 城市不斷的擴(kuò)大，人口的增多，作為城市工農(nóng)業(yè)和生活水源的地下水的開采量日益增加對地下水的開采量以加大，地下形成了更多的不良地質(zhì)體，嚴(yán)重影響了城市的發(fā)展。

2 高密度電法和瞬變電磁試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 高密度電法設(shè)計(jì)

高密度電法是通過對各種巖（礦）石之間的導(dǎo)電性差異來進(jìn)行觀測和研究與這些差異相關(guān)的天然電場或人工電場的分布規(guī)律，從而達(dá)到查明地下的地質(zhì)構(gòu)造或者尋找礦產(chǎn)資源的目的。因此我們對于查找?guī)r溶地區(qū)不良地質(zhì)體時就需要分析電阻率異常的點(diǎn)，然后根據(jù)異常值的大小圈定不良地質(zhì)體的范圍。相對于其他電法，高密度電法的電極布設(shè)是一次完成的， 不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾， 而且在野外數(shù)據(jù)的快速和自動測量奠定了基礎(chǔ)。并且能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測量，獲得較豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。在野外數(shù)據(jù)采集中實(shí)現(xiàn)了自動化或半自動化， 不僅采集速度快， 而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯誤。可以對采集的資料進(jìn)行預(yù)處理并且顯示剖面曲線形態(tài)， 脫機(jī)處理后還能自動繪制和打印各種成果圖件。并且高密度電法勘探成本低， 效率高， 信息豐富， 解釋方便[5]。

現(xiàn)場測量時需要測量主機(jī)和電極以及配有多道電極轉(zhuǎn)換器、多芯電纜和微處理機(jī)，采用目前國內(nèi)用的高密度電阻率儀最常用的方法，只需要一根10芯電纜5根與所有電極相連接，使得電極通道轉(zhuǎn)換、測量和數(shù)據(jù)處理等工作均由筆記本電腦中的分布式智能化測量系統(tǒng)完成，從而實(shí)現(xiàn)了工作方式選擇、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)解釋等的自動化、智能化。

此試驗(yàn)的目的在于查明巖溶山區(qū)不良地質(zhì)體，沿著野外勘探工作可能存在的不良地質(zhì)體的一段勘探路線的走向布置測線。采用高密度電阻率儀器，60根電極等間距2m布設(shè)，并且采用“三電位系統(tǒng)”觀測。工作示意圖如圖1所示，并記錄采集數(shù)據(jù)及成圖結(jié)果。

2.2 瞬變電磁勘探設(shè)計(jì)

瞬變電磁法的原理是在地表鋪設(shè)不接地線框或接地電極，輸入階躍電流。當(dāng)回線中電流突然斷開時，在下半空間就會激勵起感應(yīng)渦流以維持?jǐn)嚅_電流前已存在的磁場。并且，此渦流場隨時間以等效渦流環(huán)的形式向下傳播、向外擴(kuò)展，利用不接地線圈、接地電極或地面中心探頭觀測此二次渦流磁場或電場的變化情況，用以研究淺層至中深層的地電結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的[6]。TEM是目前認(rèn)為劃分風(fēng)化層厚度以及圈定構(gòu)造、破碎帶并且確定其產(chǎn)狀最有效的勘探方法。其工作原理如圖2所示。

在測量前首先要確定測量點(diǎn)周邊的環(huán)境和地表情況，避免在測量時造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，并且通過實(shí)驗(yàn)來選擇最合理的裝置以及測量時的供電電流，只要通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)過后，就不能在測量過程中變更裝置和供電電流，如果輕易變更就會對解釋和分析造成影響，測量的數(shù)據(jù)不可用。在進(jìn)行現(xiàn)場測量開始前盡量去尋找已知地層的基準(zhǔn)點(diǎn)來對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保測量的準(zhǔn)確性和可靠性。測量過程中隨時的記錄地表可見的巖石特征、測量裝置的傾角以及高程，方便在后續(xù)的解釋和分析中能準(zhǔn)確的劃分地層構(gòu)造。

沿野外勘探工作可能存在的不良地質(zhì)體的一段勘探路線走向布置測線，點(diǎn)距2m。瞬變電磁探測起點(diǎn)、終點(diǎn)及測點(diǎn)布置如圖3所示。探測方向與地表面垂直;探測方向與野外勘探方向平行。

3 多重物探綜合分析及解釋

根據(jù)在勘探區(qū)域的瞬變電磁勘探、高密度電法的時間特性及空間分布特征來確定地質(zhì)不良地質(zhì)體的空間分布。相對于沉積簡單的第四系松散體而言，其視電阻率值變化均勻，但是遇到有巖溶發(fā)育時，其視電阻率相對較高。圖4為對應(yīng)的測線高密度電法視電阻率斷面圖，在 44-49號測點(diǎn)之間，深度在20m 以下視電阻率值低，為典型的第四系巖溶發(fā)育異常的地段，且視電阻曲線表現(xiàn)為從上到下值在均勻變化;圖 5為瞬變電磁視電阻率斷面圖，從圖中可以看得出在 44-49 號測點(diǎn)之間， 深度在20m 以下其視電阻率值相對較高，為一典型的第四系巖溶發(fā)育異常的地段。因此通過瞬變電磁和高密度電法這兩種方法綜合分析解釋，去除瞬變電磁法的低阻屏蔽。兩種方法相互依托，互相彌補(bǔ)，才能最終準(zhǔn)確的找出巖溶發(fā)育范圍的，從而提高解釋精度和勘探效率。通過對瞬變電磁法和高密度電法的資料綜合分析解釋， 推測出了在測區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育帶的空間范圍?？梢娡ㄟ^多重物探綜合分析及解釋的結(jié)果可靠。

4 結(jié)論

本文主要論述了瞬變電磁法和高密度電法綜合勘探探明巖溶山區(qū)不良地質(zhì)體的存在及其形式。通過兩種物探的綜合探測更能準(zhǔn)確的探測出不良地質(zhì)體存在的準(zhǔn)確度，相比物探的方法它們更方便，更經(jīng)濟(jì)，更節(jié)省時間，以及探測規(guī)模大的特點(diǎn)。為避免巖溶山區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害能提前做出較有效的防治措施。

參考文獻(xiàn)：

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