可控源音頻大地電磁法在巖溶塌陷勘察中的應(yīng)用

萬曉磊，閆順尚

（1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊，山東 濟(jì)南 250104）

中國有廣泛的巖溶發(fā)育地帶，這些地區(qū)經(jīng)常會有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，嚴(yán)重威脅區(qū)域范圍內(nèi)的人們生存，甚至對人們的生命安全造成威脅。巖溶塌陷作為一種較為常見的地質(zhì)災(zāi)害，不僅具有隱蔽性，難以及時發(fā)現(xiàn)，而且還具有突發(fā)性，令人防不勝防，因此會造成嚴(yán)重的后果[1]。要對巖溶塌陷作出準(zhǔn)確的判斷，就要應(yīng)用科學(xué)有效的措施，采用合理的手段對這種現(xiàn)象予以預(yù)防，具有針對性地展開治理工作。

1 測量區(qū)域的地質(zhì)情況

本文研究的對象處于桂林一來賓斷裂帶的范圍內(nèi)，該斷裂帶的平行褶皺區(qū)域的軸向發(fā)育一組斷層的方向是北北東向，破碎帶非常寬，巖石的破碎非常嚴(yán)重，巖層已經(jīng)出現(xiàn)撓曲，有部分區(qū)域已經(jīng)碎裂。這里的基巖中含有碎石土、粉質(zhì)粘土。在塌陷區(qū)的外部環(huán)境中還含有砂礫巖，而且還有硅質(zhì)巖，其中夾雜著夾泥質(zhì)硅質(zhì)巖[2]。通過對這個區(qū)域的地面進(jìn)行調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)巖溶塌陷的現(xiàn)象，主要的原因是由于存在巖溶主管道型的塌陷，也有部分區(qū)域出現(xiàn)了巖溶主管道邊緣型的塌陷，在裂隙上還有的塌陷為洞型的[3]。從巖溶塌陷的情況來阿奎那，塌陷區(qū)域比較窄的區(qū)域為直徑1m，寬的區(qū)域則可以達(dá)到直徑45m。從塌陷的深度來看，比較淺的區(qū)域還不1m，比較深的區(qū)域則可以達(dá)到40m，甚至達(dá)到了45m。從塌陷的平面布局來看，上面呈現(xiàn)出“8”字形，也有部分區(qū)域呈現(xiàn)出“葫蘆”形，還有的地方向串珠一樣。在裂縫比較多的區(qū)域，主要的塌坑以中心為同心圓，向四周呈現(xiàn)出弧狀展開，裂縫的長度上來看，短的部位是5m，長的部位可以達(dá)到50多，裂縫的寬度，比較窄的部位僅僅為2cm，比較寬的部位則達(dá)到了30cm。

在測量區(qū)域中，上覆第四系的視電阻率值要低一些，通常不會超過200歐姆·米，入股是在灰?guī)r區(qū)域和白云巖區(qū)域，視電阻率則介于n×10至n×104之間，從測量區(qū)域的外圍分布情況來看，硅質(zhì)巖的視電阻率往往介于n×10至n×104之間。地層的巖性會不斷地發(fā)生變化，而且?guī)r石也會不斷地風(fēng)化，不同的區(qū)域，風(fēng)化的程度會有所不同，巖溶也會出現(xiàn)不同的發(fā)育狀態(tài)，這樣就會導(dǎo)致地下介質(zhì)的電性有很大的區(qū)別，就會導(dǎo)致電性界面有所不同。如果采用電法勘探這個區(qū)域，就需要對這些情況詳細(xì)了解[4]。

2 可控源音頻大地電磁法的基本原理

應(yīng)用可控源音頻大地電磁法進(jìn)行探測，就是對人工源頻率域作出判斷。由于不同介質(zhì)所具備的導(dǎo)電率存在不同，就可以對一次場電位的變化情況以及磁場強(qiáng)度產(chǎn)生的變化情況作出判斷[5]。在對特定的區(qū)域進(jìn)行研究的過程中，可以沿著測線使用接收機(jī)接收到電場的信號，還可以獲得與發(fā)射偶極AP平行的電場信號，獲得視電阻率。當(dāng)視電阻率結(jié)構(gòu)保持恒定不變的時候，通過改變信號的頻率，就可以對縱深進(jìn)行測量。

在具體的研究過程中應(yīng)用電磁儀采用可控源音頻大地電磁法進(jìn)行觀測，從觀測站的布置方式來看，在發(fā)射端采用了大功率發(fā)電機(jī)，并結(jié)合使用發(fā)射機(jī)以及供電電極，可以提供電極A和電極H，使用這種裝置進(jìn)行人工源電能供應(yīng)。在接收端則采用電磁儀主機(jī)，結(jié)合使用接地電極、接收線以及磁探頭接受信號。在對特定的區(qū)域進(jìn)行觀測的過程中，在接收端與發(fā)射端構(gòu)成的區(qū)域呈現(xiàn)出扇形，兩者之間存在一定的距離，就可以展開探測工作[6]。

3 探測方法以及處理資料的方法

在探測過程中，需要使用測量區(qū)域水文地質(zhì)圖來進(jìn)行，對于塌陷的分布情況予以了解，掌握規(guī)律。使用可控源音頻大地電磁法對塌陷的區(qū)域進(jìn)行定位并測量，測線的方位確定在110°，所有的測線長度都設(shè)定在600m，20m的點距，供電AY極的方位平行于測線，長度大約為1000m。

在測量的過程中所使用的儀器是電磁法儀，這種設(shè)備有多種功能，在測量電場的時候應(yīng)用不極化電極，布置測線的時候使用精度很高的測量儀，使得測線方位不會出現(xiàn)誤差，點位精確，高程也有較高的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行觀測之前需要對電極極差進(jìn)行測量，如果測量的結(jié)果不超過2毫伏，就意味著電場的信號穩(wěn)定，信噪比比較高，此時在埋設(shè)電極罐的時候，需要在地上挖出淺坑，將鹽水倒入其中，將松土攪拌，形成泥漿，然后將電極罐旋入其中，使得電極罐充分接觸到泥漿，此時就可以對接地電阻進(jìn)行測量，要求接地電阻不能超過2歐姆·米。

使用CSAMTPROS軟件處理圓滑和濾波，并實施靜態(tài)校正，再運行SCS2D反演軟件，就可以反演帶地形，之后使用Surfcr繪圖軟件就可以將視電阻率等值計算出來，形成支管的斷面圖。

4 分析結(jié)果

圖1 第1測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖

圖2 第2測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖

圖3 第3測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖

使用可控源音頻大地電磁法對視電阻率等值斷面圖使用SCS2D反演軟件進(jìn)行反演，就可以對解釋剖面作出推斷，就可以發(fā)現(xiàn)，第1測線、第2測線和第3測線的視電阻率都存在異常，而且這種異常形態(tài)現(xiàn)象已經(jīng)延伸到地下深度100m，由此可以判斷由于斷裂導(dǎo)致的巖溶破碎區(qū)域。（圖1：第1測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖；圖2：第2測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖；圖3：第3測線地質(zhì)推斷解釋的剖面圖）。

圖1是第1測線，在接近220m點的位置，這里的低阻從近地表的位置不斷深入，低阻所在的位置比較窄。根據(jù)物探探測結(jié)果可以明確，在210m至250m的測點，海拔高程50m的位置，視電阻率出現(xiàn)了異常，而且有很大的范圍，由此可以斷定，這里是溶隙灰?guī)r發(fā)育的異常區(qū)域。

圖2是第2測線，這里的中心地帶為300m測點、海拔高程55m所在的位置，為低阻封閉區(qū)域。根據(jù)鉆探所獲得的資料以及采用物探的方法所獲得的資料，可以斷定這里是斷層破碎帶，里面有溶洞。

圖3是第5測線，測點在300m附近，這里的視電阻率比較低，從與地表接近的區(qū)域向深部延伸，電阻較低的范圍相對比較寬一些。在探測中結(jié)合使用物探探測方法，所獲得的結(jié)果與100m的測點基本一致。在海拔高程10m至90m所在的位置處形成了低電阻封閉范圍，視電阻率值可以達(dá)到幾百歐姆·米，通過這個結(jié)果可以對溶隙灰?guī)r發(fā)育產(chǎn)生異常的區(qū)域范圍作出判斷，那么，這里就很有可能存在巖溶塌陷的問題。

總之，巖溶發(fā)育段出現(xiàn)巖溶塌陷，所存在的主要特點是其是沿著斷層帶發(fā)育，部分區(qū)域已經(jīng)發(fā)育有巖石溶孔和溶隙，這樣的地段存在巖溶塌陷隱患。

5 結(jié)語

通過上面的研究可以明確，在研究區(qū)域出現(xiàn)巖溶塌陷，從分布情況來看，是沿著巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的部位展開的，采用可控源音頻大地電磁法就可以將這些區(qū)域作出判斷。由于采用這種方法的探測深度比較大，橫向的分辨率和縱向的分辨率都比較高，就可以對強(qiáng)巖溶發(fā)育的區(qū)域確定下來，對巖溶塌陷的深度作出預(yù)測。

由于巖溶塌陷的規(guī)模不同，在各種因素的影響下形成，采用這種方法確定塌陷的區(qū)域，對于隱伏巖溶塌陷的具體位置進(jìn)行探測的過程中，還需要結(jié)合使用雷達(dá)探測的方法、電磁波CT法等等，對塌陷的規(guī)模已經(jīng)埋深作出準(zhǔn)確的判斷，還可以探測到其中的充填物性。