基于高密度電阻率法的礦區(qū)地質(zhì)探測的研究

吳金麗，符傳青

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展下，采礦行業(yè)也不斷發(fā)展，一些礦產(chǎn)企業(yè)為了獲得高額的收入，沒有根據(jù)行業(yè)規(guī)范要求開采礦產(chǎn)資源，導(dǎo)致地下采空區(qū)越來越多，安全隱患較大，眾所周知，容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)主要在礦區(qū)。礦產(chǎn)資源被開采后，嚴(yán)重影響地質(zhì)環(huán)境，導(dǎo)致礦區(qū)出現(xiàn)地面坍塌、地面積水、地層開裂的問題，嚴(yán)重還會(huì)破壞周圍的房屋建筑，影響人們的正常生活，也不利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)此就需要做好采礦區(qū)的探測工作。但是，普通的電阻率探測方法有自身的局限性問題，對(duì)此需要采用高密度電阻法進(jìn)行探測，以此滿足當(dāng)前采礦區(qū)的探測需求。另外，除了采用高密度電阻法外，也可以采用地質(zhì)雷達(dá)等方法，但是該方法在運(yùn)用過程中也有自身的問題，采用高密度電阻法可以有效提高探測質(zhì)量和效率，有效解決傳統(tǒng)探測方法下的各種難題。該方法可以有效搜集采礦區(qū)地質(zhì)信息、處理數(shù)據(jù)，確保探測點(diǎn)布置更加精準(zhǔn)，總之，方法應(yīng)用范圍較為廣泛，是一種可靠的礦區(qū)地質(zhì)探測方法。

1 礦區(qū)地質(zhì)探測概述

當(dāng)前礦區(qū)地質(zhì)探測方法可以分為三種；第一，地質(zhì)調(diào)查方法，該方法是指對(duì)礦山地區(qū)開采資料和地表勘察數(shù)據(jù)等進(jìn)行調(diào)查和分析，以此了解礦區(qū)地表層分布情況，但是該方法效率低下、精度不高、調(diào)查成本低。第二，地球物理探測。該方法類型多樣，探測速度快、精度高。第三，鉆探。該方法是指采用一些大型的開采探測設(shè)備和儀器對(duì)地面直接進(jìn)行開挖，該方法雖然可以大大提高探測精準(zhǔn)度，但是其成本高，無法對(duì)大面積的礦床進(jìn)行掃描和探測。對(duì)于以上三種方法，第二種應(yīng)用較為廣泛，該方法具體包括地質(zhì)雷達(dá)法和電法類，比如，地質(zhì)雷達(dá)、高密度電阻率法、電磁法等。其中地質(zhì)雷達(dá)探測法主要應(yīng)用在探測深度較淺的工作區(qū)，隨著信息技術(shù)的方法，高密度電阻率法應(yīng)用范圍較廣，其精度高，信息處理效率高，布置方向靈活。因?yàn)橐陨蟽?yōu)勢，其被有效應(yīng)用在了礦區(qū)地質(zhì)勘測工作中，也取得了較好的成果，但是因?yàn)檠芯可疃炔蛔?，人們?duì)高密度電阻率法的異常探測研究較少。對(duì)此，人們?cè)诰唧w探測時(shí)需要科學(xué)選擇不同的礦區(qū)，盡量采取高密度電阻率法和地質(zhì)雷達(dá)兩種方法對(duì)電阻力異常情況進(jìn)行系統(tǒng)化研究，并對(duì)具體的探測方法效果進(jìn)行分析。

2 高密度電阻法概述

2.1 工作原理

該方法出現(xiàn)時(shí)間較早，隨著高密度電阻法被人們提出后，在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的影響下，人們逐漸研發(fā)了高密度電阻法探測設(shè)備，通過該設(shè)備來采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)。進(jìn)入到20世紀(jì)中期后，高密度電阻法受到了人們的廣泛關(guān)注，成為一種新興的探測技術(shù)。在高密度電阻率法下有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系統(tǒng)構(gòu)成，其中多路電極轉(zhuǎn)化器可以通過電纜控制電極系統(tǒng)下獲得供電和測量結(jié)果。其中主機(jī)系統(tǒng)可以通過通訊電纜、供電電纜、多路電極轉(zhuǎn)化器發(fā)出指令信息，并向電極供電的同時(shí)也會(huì)接收和存儲(chǔ)信息。高密度電阻法工作原理和直流電阻法的工作原理基本上相似，都是需要依賴于穩(wěn)定的電流場空間分布模式進(jìn)行操作，但是其自動(dòng)化水平更高，可以有效采集信息數(shù)據(jù)，提高采集效率。高密度電阻法，在具體操作時(shí)需要人們?cè)诘V區(qū)斷面處布置大密度電極，確保電極數(shù)量較多時(shí)，可以促使高密度電阻法和探測斷面進(jìn)行融合。當(dāng)人們向地下發(fā)送電流時(shí)，可以形成一個(gè)強(qiáng)大的電流，便于探測人員進(jìn)行整體式測量，此外，也可以將該方法引入到自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置中，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、分析、處理等目標(biāo)。另外在采用該方法時(shí)人們需要在探測礦井內(nèi)根據(jù)電極極距布設(shè)電極，確保電極在采集數(shù)據(jù)信息時(shí)可以有效供電和接收電，并根據(jù)各個(gè)裝置排列順序來獲取測量數(shù)據(jù)。

2.2 高密度電法的裝置形式

從當(dāng)前高密度電法裝置形式進(jìn)行分析，不同的裝置形式在探測過程中表現(xiàn)出多種跑極方式，不同的跑極方式下的探測效果也是不同的，比如，在探測深度，探測時(shí)間，探測精度要求的基礎(chǔ)上，再采用高密度電阻法時(shí)，可以形成以下幾種裝備裝置形式，施倫貝爾裝置、微分裝置，四極裝置，偶極裝置，溫納裝置，兩級(jí)、三級(jí)裝置等。在具體進(jìn)行采礦區(qū)探測工作時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況科學(xué)選擇不同的裝置形式，并在選擇時(shí)需要綜合分析開采深度、采空區(qū)面積、采空區(qū)覆蓋層厚度等因素，且在具體對(duì)礦區(qū)進(jìn)行探測時(shí)，也要對(duì)現(xiàn)場綜合情況進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，以此選擇最佳的裝置形式。

2.3 高密度電法數(shù)據(jù)處理模式

在高密度電阻率法下，人們可以通過相關(guān)處理軟件對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在獲取測線和測網(wǎng)數(shù)據(jù)后，根據(jù)電極排列順序和高密度電阻率法裝置形式，對(duì)采集的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行編排格式轉(zhuǎn)換，在數(shù)據(jù)平滑處理后及時(shí)去除異常數(shù)據(jù)，并通過反轉(zhuǎn)工作形成視電阻率斷面圖，根據(jù)該圖像規(guī)律和成礦規(guī)律、地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)等信息對(duì)異常圖像進(jìn)行評(píng)估，以此進(jìn)行演示假設(shè)。通過該方法，可以幫助人們從探測的初始數(shù)據(jù)中得出真實(shí)的地質(zhì)信息，便于探測工作人員精準(zhǔn)把握采礦區(qū)實(shí)際情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種安全隱患問題。

2.4 高密度電阻率法資料分析技術(shù)

在具體的測量過程中，人們可以通過測量儀器和設(shè)備對(duì)固定范圍內(nèi)的斷面進(jìn)行精準(zhǔn)的測量和掃描，在此探測工作中，人們?cè)O(shè)置了多個(gè)移動(dòng)接收點(diǎn)和固定點(diǎn)，通過高密度觀測系統(tǒng)來獲取測量數(shù)據(jù)信息，在具體采集數(shù)據(jù)的過程中，人們也可以精準(zhǔn)的監(jiān)測現(xiàn)場實(shí)際情況。有效避免了現(xiàn)場出現(xiàn)各種空道、壞道的現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)當(dāng)前整個(gè)區(qū)域進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，整個(gè)礦區(qū)作業(yè)環(huán)境中常常會(huì)出現(xiàn)各種噪音，還有一些特殊地質(zhì)條件的影響。但是具體采集的數(shù)據(jù)信息非常符合人們需求，可以有效對(duì)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行解釋，在數(shù)據(jù)信息采集后還需要在室內(nèi)通過數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行處理、整理，形成結(jié)果圖。其具體的操作流程如下所示：將數(shù)據(jù)采集結(jié)果納入到主機(jī)系統(tǒng)中，可以通過軟件將獲得的數(shù)據(jù)信息通過計(jì)算機(jī)處理軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以此形成特定的格式，后通過專門的處理模塊，將各種異常數(shù)據(jù)刪除，進(jìn)行地形校正處理，以此形成反演圖。

2.5 高密度電阻率法概述

高密度電阻率法勘測方法的應(yīng)用可以有效解決以往野外礦區(qū)地質(zhì)數(shù)據(jù)信息采集過程中的各種問題，有效保證數(shù)據(jù)信息采集質(zhì)量和效率，確保地質(zhì)信息資源更加豐富和真實(shí)，進(jìn)一步推動(dòng)了電法探測的現(xiàn)代化發(fā)展。該方法在具體探測應(yīng)用時(shí)需要布置高密度測點(diǎn)，需要將所有的電極設(shè)置在相同間隔的測點(diǎn)上，后根據(jù)測點(diǎn)進(jìn)行觀測，該方法具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：可以一次性布設(shè)電極，有效避免電極設(shè)置不科學(xué)導(dǎo)致的信號(hào)干擾和測量誤差問題；可以進(jìn)行多種電極排列方法下的測量工作，可以有效獲得全面的地電結(jié)構(gòu)狀態(tài)地質(zhì)數(shù)據(jù)信息；可以有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理的自動(dòng)化，有效降低了采集和處理過程中的各種失誤情況；可以根據(jù)資料信息對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行科學(xué)脫機(jī)處理，根據(jù)自動(dòng)繪制的圖像信息形成各種效果圖件，提高了電阻率法應(yīng)用的智能化水平。

3 高密度電阻率法在礦區(qū)地質(zhì)探測中的具體應(yīng)用

本文主要選擇的工區(qū)位于海南省儋州市某地，在該區(qū)開展高密度電阻率法測量工作，查明礦區(qū)各條地電斷面視電阻率的變化情況及巖礦石電性特征，推斷出礦區(qū)基巖的覆蓋層厚度以及基巖與其覆蓋層的地質(zhì)界線。工作區(qū)位于礦區(qū)位于海南省北部，大地構(gòu)造位置處于武夷—云開造山系（Ⅰ級(jí)構(gòu)造單元）瓊西結(jié)合帶（Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元）那大-尖峰增生巖漿弧（Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元）。區(qū)域內(nèi)出露長城紀(jì)及第四系地層，巖漿巖主要為印支-海西期侵入巖；該區(qū)屬低山丘陵地區(qū)，海拔標(biāo)高一般為385m～175m，相對(duì)高差最大為210m，地形起伏較大。區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，整個(gè)礦區(qū)內(nèi)未有地表水系發(fā)育。

3.1 儀器設(shè)備和測線布置

本次使用重慶精凡科技公司生產(chǎn)的N2電法測量系統(tǒng)，其擁有多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，能有效的提高和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量、提高數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理效率。支持采集數(shù)據(jù)以多種圖像（點(diǎn)位圖、等值線圖、曲線圖）的形式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，并一直處于持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)過程中。儀器具有體積小、重量輕，低功耗，大功率，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

在進(jìn)行測量時(shí)，先需要布設(shè)測線，對(duì)于測線需要涵蓋整個(gè)測區(qū)，設(shè)置三條剖面210個(gè)測點(diǎn)，點(diǎn)距10m，剖面線根據(jù)工區(qū)具體方位科學(xué)設(shè)置，剖面之間的間隔和剖面線布設(shè)也需要科學(xué)設(shè)置。

3.2 成果資料分析

從完成的3條剖面反映的電性特征分析，工作區(qū)覆蓋層電阻率一般小于800Ω·m，完整巖礦體電阻率一般大于800Ω·m。從縱向上看，斷面的電性特征明顯分為上下兩部分，在深度為0m～10m的淺部，視電阻率表現(xiàn)為以低阻為主，有可能是因?yàn)閹r礦石破碎、裂隙發(fā)育從而引起的低阻，局部地段淺層呈高阻特征認(rèn)為是地表分布滾石引起。據(jù)以上特征，結(jié)合剖面所處地質(zhì)環(huán)境推斷第四紀(jì)覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖石土為小于800Ω·m的電性反映；在斷面的中深部，視電阻率主要表現(xiàn)為高阻特征，視電阻率值大于1000Ω·m，推斷為早三疊世黑云母二長花崗巖的電性反映。具體分析如下：

0號(hào)測線走向南北，由北往南地勢逐漸升高，大號(hào)點(diǎn)位于南邊，小號(hào)點(diǎn)位于北邊，測線150m～230m穿過一條山溝，全長700m，整體呈現(xiàn)北低南高，地形較陡，最大高差約為160m。

0號(hào)測線斷面的電性特征分為上下兩部分，在0m～40m的淺部視電阻率表現(xiàn)為低阻特征，視電阻小于800Ω.m，推斷為第四紀(jì)覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖石土的電性反映；在斷面的巖礦石風(fēng)化土以下，視電阻率大于800Ω.m，表現(xiàn)為中高阻特征，視電阻率值相對(duì)較大，推斷為早三疊世角閃石黑云母二長花崗巖。

1號(hào)線走向南北，由北往南地勢逐漸升高，大號(hào)點(diǎn)位于南邊，小號(hào)點(diǎn)位于北邊，測線150m～230m穿過一條山溝，全長700m，整體呈現(xiàn)北低南高，地形較陡，最大高差為140m。

1號(hào)線斷面的電性特征分為上下兩部分，在0m～20m的淺部視電阻率表現(xiàn)為低阻特征，視電阻率值小于800Ω.m，推測為第四紀(jì)覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖石土的電性反映；在斷面的巖礦石風(fēng)化土以下，視電阻率值大于800Ω.m，表現(xiàn)為中高阻特征，視電阻率值較大，推斷為巖礦體電性的反映。

2號(hào)線走向南北，由北往南地勢逐漸升高，大號(hào)點(diǎn)位于南邊，小號(hào)點(diǎn)位于北邊，全長700m，整體呈現(xiàn)北低南高，地形較陡，高差約為100m左右。

2號(hào)線斷面的電性特征分為上下兩部分，在0m～20m的淺部視電阻率表現(xiàn)為低阻特征，視電阻率值小于800Ω.m，推測為第四紀(jì)覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖石土的電性反映；在斷面的巖石風(fēng)化土以下，視電阻率大于800Ω.m，表現(xiàn)為中高阻特征，視電阻率值相對(duì)較大，推斷為巖礦體電性的反映。

為了驗(yàn)證物探成果，在3條測線布設(shè)鉆孔施工，在0號(hào)線橫向310m、540m處布設(shè)鉆孔深，分別在孔深18.2m、7m處見完整巖礦體；1號(hào)線橫向270m、480m處布設(shè)孔深，分別在孔深6.2m、9m處見完整巖礦體；2號(hào)線橫向230m、380m處布設(shè)孔深，分別在孔深8.2m、12.5m處見完整巖礦體。依據(jù)反演模型電阻率帶地形斷面圖中的等值線形態(tài)和梯度變化特征，推斷的覆蓋層厚度和鉆孔較揭露為吻合，厘定了視電阻率800Ω.m作為覆蓋層與完整巖礦體基巖面之間臨界電阻率，以此推測出整個(gè)剖面蓋層和未風(fēng)化基巖的地質(zhì)界線。

3.3 電阻率異常信息探測

第一，電法數(shù)據(jù)信息采集。在此次探測工作中采用的是高密度探測儀器是一種直流電法系統(tǒng)裝置，該系統(tǒng)發(fā)射功率大，信號(hào)精度高、測試功能強(qiáng)，可以有效在野外進(jìn)行探測，其操作簡單、易于維護(hù)、使用壽命高。當(dāng)前高密度電阻法可以布設(shè)為4個(gè)主剖面和1個(gè)副剖面，其中主剖面線之間的距離，長度、測線的方向均是不同的，當(dāng)前人們采用的也是一種高精度的高密度電法系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)電極間距和每條剖面線之間的電極線都可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行布設(shè)。其中副剖面線的電極數(shù)量可以為正剖面線的一半，對(duì)于橫向分辨率其可以通過偶極裝置來測量，當(dāng)測量完成其中的一條剖面后可以直接將各種信息數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和計(jì)算。當(dāng)完成其中的一條剖面線后可以直接采用溫納反演電阻裝置電阻率斷面圖對(duì)其進(jìn)行分析，明確異常布線點(diǎn)之間的埋深距離，偶極裝置反演電阻率斷面圖下的異常體平面位置，最終通過這些位置方向等信息來分析異常體的形態(tài)特點(diǎn)。

第二，探測結(jié)果。根據(jù)高密度電法剖面的電阻率反演斷面圖可以發(fā)現(xiàn)其中的電阻率具體分為了2層。在深度為0m-10m的淺部，視電阻率表現(xiàn)為以低阻為主，有可能是因?yàn)閹r礦石破碎、裂隙發(fā)育從而引起的低阻，局部地段淺層呈高阻特征認(rèn)為是地表分布滾石引起。據(jù)以上特征，結(jié)合剖面所處地質(zhì)環(huán)境推斷第四紀(jì)覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖石土為小于800Ω·m為的電性反映；在斷面的中深部，視電阻率主要表現(xiàn)為高阻特征，視電阻率值大于1000Ω·m，推斷為早三疊世黑云母二長花崗巖的電性反映。

對(duì)溫納裝置測量下的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析可以看出電阻率異常礦體一般都富含在水砂層內(nèi)，其頂部的深度和底部深度都比較深，在異常變化范圍內(nèi)裝置下的異常體較小，但是其和偶極裝置下的水平分辨率數(shù)值也相同的。此外，對(duì)探測區(qū)域的電阻率變化情況可以進(jìn)行三維可視化模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)礦區(qū)蓋層厚度整體呈現(xiàn)南薄北厚的特征。大致以0線270號(hào)點(diǎn)、1線250號(hào)點(diǎn)、2線250號(hào)點(diǎn)連線為界，以南蓋層厚度小于10m，主要為山腰部位；以北除去礦區(qū)東北角的一小片區(qū)域外蓋層厚度均大于10m，且向西北逐漸變厚，在0線220號(hào)點(diǎn)附近厚度最大。厚度大于10m的蓋層面積約占礦區(qū)總面積的25%左右。

4 結(jié)語

基于以上高密度電阻率法的特點(diǎn)和作用，將其應(yīng)用到地質(zhì)礦區(qū)覆蓋層厚度的探測中不僅可以精準(zhǔn)獲得該地區(qū)的各種地質(zhì)、覆蓋層厚度分布情況，也可以通過相關(guān)儀器和設(shè)備獲得精準(zhǔn)的影像圖，便于人們精準(zhǔn)的把握該工作區(qū)周圍的地質(zhì)變化問題。總之，該方法操作簡單，效率高，質(zhì)量效果好，可以被廣泛應(yīng)用，此外，通過以上數(shù)據(jù)信息可以發(fā)現(xiàn)，高密度電阻率法應(yīng)用效果顯著，其反演圖顯示電性差異特點(diǎn)也非常顯著，在其中的高阻帶狀低阻值可以有效反映出各種侵蝕帶、破碎帶、巖性接觸帶的變化情況。