高密度电法在矿山地质灾害勘察中的应用

高卓亚 焦尚斌

摘要：本文主要就是以工程勘查之中应用最为广泛的高密度电法为基础，采用的是一种特殊的接地辅助装置，这样一来就很好的克服了该方法在矿区基岩裸露地面的接地障碍，并且将其很好的应用于某矿区之内，地下采空区以及已知断层的探测任务之中。相关的资料解译成果表明，高密度电法在此类的勘查任务之中具有比较高的有效性以及可行性。

关键词：高密度电法；矿山地质灾害勘察；应用

中图分类号： TD1 文献标识码： A

引言

我们国家拥有相当规模的大中型的矿山，因为其中的各种原因，在矿山开发的过程之中，均对区域生态环境产生了比较严重的破坏，直接性的导致各类地质灾害频繁的出现，所以对于矿山地质灾害体的调查已经是势在必行。

1、高密度电法的原理

高密度电法属于直流电法勘探的一种，它以不同地质体的电性差异为基础，研究人工施加稳定直流电场时地下相应传导电流的分布规律，以此来探测地底构造以及地下电性分布不均匀体。高密度电法是组合电阻率剖面和电阻率测深2种方法的观测系统，因而较其他类型的直流电法拥有施工效率高、采集数据量大、数据观测精度高的优势。高密度电法有十几种不同的数据采集装置类型，其中三电位电极系的α、β、γ装置现今应用相对较为广泛，经研究证实，α装置在抗干扰方面较其他装置存在明显优势，故本研究采用α装置进行数据采集和分析。

2、接地有效性实验

矿山采矿作业使得采场地形地貌十分复杂且人为干扰较多，主要存在以下几点:地形开阔度低、地表基岩裸露、矿区工程车辆及生产爆破作业带来的震动干扰、矿区内电缆及通信线等带来的电磁干扰。以上几方面都给地球物理方法野外作业带来了不小的阻碍，严重影响了物探手段在需解决矿区勘察的适用性。其中基岩裸露就是高密度电法的最大难题，在高密度电法进行野外数据采集时，一般需要将铜电极打进地表，让其与大地接触良好，但采场内部均为基岩裸露或是碎石堆积区域，野外数据采集十分困难。为了解决以上难题，借鉴前人经验制作了特殊的接地辅助装置。采用较大塑料饮料瓶，剪去瓶底，填充湿润的泥土并压实，测量时将装满泥土的瓶子直立压紧放在测点位置上，使瓶中泥土与地表接触良好，然后再插入电极，以此完成相关野外数据采集工作。

为了验证这种特殊接地方法的有效性，选择某水泥地和土地分界位置布设2条紧挨的高密度电法测线，其中位于水泥地上测线采用上述的接地辅助装置进行原始数据采集，而另一条测线则将铜电极直接打进土中完成了数据采集，两测线点距均为5m，有效电极数为30个，均采用三电位电极α装置进行数据采集，隔离系数为1~8，供电电压为180V。原始数据经过相关数据处理工作，得出了两测线反演电阻率成果对比图。从中可以明显的看出，两测线电性剖面的高低阻异常区域在电阻率值范围、形态大小及分布位置方面均在很大程度上保持了一致，这就很好地证明了上述接地辅助装置的有效性，为后续高密度电法在露天矿山地质灾害勘察的应用研究奠定了基础。

3、高密度电法电极排列的发展

3.1、高密度电阻率法测量方式

高密度电法开始时，研究的排列方式主要有三种：α、β、γ。现在排列方式已发展到十几种。不过仔细研究就可发现，所有排列都是从对称四极、偶极-偶极、单极-偶极、单极-单极演变而来。至于所谓的滚动排列装置，在电极排列方式上基本不变，只不过是其排列方式有利剖面滚动衔接而已。

3.2、深度问题

电阻率法的探测深度随着供电电极AB距离的增加而增大，当隔离系数n逐次增大时，AB电极距也逐次增大，对地下深部介质的反映能力亦逐步增加。常规电阻率法在资料处理时多是以AB/2为深度，为此，国内一些单位在处理高密度电法资料时，用软件形成视电阻率断面图进行解释，没有进行反演处理。解释多数凭人的经验。在高密度电法中，由于极距小，地电信息丰富，人工解释的方法往往会造成误解。在二维反演软件中，层厚的设置：对于温纳和施伦贝谢尔排列，第一层子块的厚度设置为0.5倍电极距。

3.3、图示方法

高密度电阻率剖面一般采用拟断面等值线图、彩色图或灰度图表示，由于它表征了地电断面每一测点视电阻率的相对变化，因此该图在反映地电结构特征方面具有更为直观和形象的特点。

3.4、资料处理

数据圆滑是资料处理的常用方法之一，原则上适用于各种电极排列的测量结果，但是考虑到偶极排列异常和地电体之间具有较复杂的对应关系，因此，一般只对温纳四极排列的测量结果进行圆滑处理。圆滑处理一般采用坏点切除和滑动平均等。

4、实例研究

4.1、地质及地球物理概况

研究区位于某省某大型磁铁矿山露天采场内，选定采场内部某已知断层和某处已知的地下采空区为对象，验证高密度电法在露天矿区内部严峻的地球物理施工条件下对以上2种地质情况识别的有效性。

研究区内地层岩性主要为磁铁矿(Fe)、细粒及细粒流层状辉长岩(ω3+5)、粗粒辉长岩(ω4)、大理岩(M)。其中，由于矿山采场内部爆破作业的影响，表层岩矿体均存在厚度不一的松动带。研究区内不同介质的电性分布情况见表1，由电性统计可见，断层和采空区与围岩电性差异明显，具备开展高密度电法的地球物理条件。

4.2、测线布置及数据处理

根据现场实际情况并结合已知地质资料，本研究共布置了2条高密度电法测线，即Y-1，Y-2测线。其中Y-1测线垂直区域内某己知断层布设，Y-2测线则垂直覆盖在采场内部的某己知地下采空区。野外施土采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2A型高密度电阻率法测量系统，两测线均采用。装置完成数据采集，供电电压为180V，测线布设时，均用皮尺严格按照设计点距进行测量电极的布置。

4.3、成果分析

Y-1测线点距为3m，共布置电极115根，隔离系数取1-35，极限供电极距为105m测线总长为342m，电阻率剖面反演解译深度取供电极距的一半，探测最大深度约50m。该测线反演电阻率断面见图1。测线前半部分表层约5m厚度的高阻异常是浅部矿体爆破松动带空隙度过高造成的，该松动带下部水平层状低阻区域推测为完整磁铁矿体的反映。另外，测线剖面前半段深部和后半段电阻率大于500Ω·m的高阻区域应为完整基岩(辉长岩)的电性表现。同时，从图中可以较为明显地看出测线150-190m位置存在明显的纵向低阻异常区域，电阻率值小于50Ω·m，该异常呈条带状从地表延伸至地下，电阻率等值线呈陡立倾斜状，为一处典型的断层破碎带低阻异常，同时一从电阻率值范围推断断层破碎带内填充岩性极为破碎，裂隙较发育且极具富水性。最后，对比己知地质资料，发现该异常与己知断层发育位置较吻合。

Y-2测线采用2m点距，共布置电极87根，隔离系数取1~23，极限供电极距为56m，测线总长为172m，电阻率剖面反演解译深度取供电极距的一半，探测最大深度约25m。该测线的反演电阻率断面见图2。剖面表层不均匀高阻区域是浅部矿体爆破松动带造成的，而深部低阻区域则应为较完整磁铁矿体反映。

结束语

研究结果表明，在具备一定的地球物理条件下，高密度电法在露天矿山地质灾害勘察中具有较高的可行性和有效性，它能够很好地克服矿山采场内严峻的地球物理方法施工条件，较准确地查明断层破碎带、地下采空区等类型地质灾害体的详细分布情况。

高密度电法作为直流电法勘探的一种，它能够很好地反映不同地质体在电阻率上的差异情况，但是对地下介质的其他物性差异无直接反应。为了获取更加全面可靠的勘查资料和进一步克服单一物探手段的多解性，在可行的条件下，建议采用两种或两种以上的综合物探手段进行综合地球物理勘察，例如地震勘探等，这样能够起到不同方法相互补充、相互佐证的作用，进一步保障勘察结果的有效性。

参考文献

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