多方法物探在某矿区隐蔽治灾项目中的应用_中岩智测（重庆）科技有限公司

我司承担了湖南某矿山塌陷区地面塌陷地质灾害防治工程勘查物探任务。通过开展高密度电法、地质雷达、微动谱比法、音频大地电磁测深等方法，查明地质构造、浅表土洞（扰动土）、可定义土层（包括岩溶区残积土和红层K2强风化残积土）底板以下 20m 以内的岩溶（洞穴）的空间分布。为分析研究地面塌陷地质灾害的主控因素、成因、发育趋势，进行地面塌陷地质灾害危险性、危害性预测分区评价提供依据。

一、仪器设备

本次塌陷区地面塌陷地质灾害防治工程勘查物探工作采用的是高密度电法、音频大地电磁法、地质雷达法及微动谱比法。

高密度电法采用的是中岩智测（重庆）科技有限公司 Z3 型多功能数字直流激电仪，装置采用 α 排列（温纳装置 AMNB）。
地质雷达法采用美国劳雷公司生产的 SIR-4000 地质雷达仪和配套 100MHz 天线。
音频大地电磁测深法是采用国科（重庆）仪器有限公司推出的新一代电磁仪 UltraEM Z4 大地电磁仪。

二、方法原理

1、高密度电法方法原理

高密度电法是综合物探方法中岩溶调查的有效方法之一，其以岩、土体的导电性差异为物理基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律从而达到解决地质问题的目的。高密度电法和常规电法一样，通过 A、B 电极向地下供电流 I，在 M、N 极间测量电位差△V，从而可求得该点（M、N 的中点）的视电阻率 ρ=K·△V/I，K 为装置系数。

高密度电法属直流电阻率法，测量结果为二维视电阻率断面。相对于常规电阻率法而言，它具有以下特点：

电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。
能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。
野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快（大约每一测点需 2-5s），而且避免了由于手工操作所出现的错误。
可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。
与传统的电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富、解释方便、勘探能力显著提高。

高密度电法测量的二维地电断面能较直观的反映不同性质岩、土体的界限、密实度、含水情况及异常体的位置、埋深等地质信息。结合地质挖探等资料能更客观地定性和半定量地对老窑位置及其发育程度做出判定，以满足勘察的需要。高密度电法野外数据采集是确定采集参数后，通过主机控制多路电极转换器经由电极系形成供电、测量的数据自动采集系统。数据采集完成后，将原始数据导入计算机进行数据转换、地形校正、二维反演后输出二维地电断面图即完成整个采集与处理全过程。

2、地质雷达方法原理

地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布。发射机通过发射天线发射中心频率为 12.5M 至 1200M、脉冲宽度为 0.1ns 的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射讯号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速，可以大致计算出探测目标的距离。地质雷达通常广泛用于考古、基础深度确定、冰川、地下水污染、矿产勘探、潜水面、溶洞、地下管缆探测、分层、地下埋设物探察、公路地基和铺层、钢筋结构、水泥结构、无损探伤等检测。

3、音频大地电磁测深方法原理

音频大地电磁仪，能观测到离地表几米至数百米深度内的地质断面的电性变化信息，其方法原理与传统的 MT 法一样，它是利用宇宙中的太阳风、雷电等入射到地球上的天然电磁场信号作为激发场源。音频大地电磁测深可以在 10Hz 至 100kHz 的宽频范围内采集数据，为确保数据质量与工作实效，上述频带又分成两个频组：一频组 10Hz－1kHz；二频组 500Hz－100kHz。在野外能实时获得 Hy、Ex、Hx、Ey 振幅及相位，一维反演和二维电阻率成像结果；室内数据处理后可获得二维正、反演结果等。

4、微动谱比法方法原理

地球表层时刻存在着的非地震引起的微弱震动称为微动。微动信号属于天然源信号，震源主要来自于自然现象（如地震、风振、火山活动、海洋波浪等）和人类活动（如交通、动力机器、工程施工等）激发并经场地不同性质的岩土层界面多次反射和折射后传播到场地地面的振动。微动勘探方法利用平稳随机环节作为数据参考，通过微动信号来提取频散曲线，然后结合水平及垂直谱比法（H/V）反演方式来计算地下成分的横波速度，从而达到勘察目的。

三、资料分析与解释

物探资料分析与解释以高密度电法的测量视电阻率剖面图及地质雷达时深转换剖面图为主，同时考虑了实际地质情况及各种干扰因素进行综合分析解释。

（一）地面塌陷分布特征

地面塌陷主要沿沟谷呈条带状分布。本次工作在勘查区共调查了 86 个地面塌陷点。形状有圆形、椭圆形、圆柱状和漏斗状的；在农田、林地、山坡中均出现了塌陷；直径最小的 1m，最大的达到了 100m；坑口规模最小的 1m²，最大的 1000000m²；最浅的仅 0.3m，最深的达到了 40m。

（二）岩溶塌陷的异常特征

岩溶发育地段中含水（或泥）与不含水（或泥），其电性情况是截然不同的：当其中含水（或泥）时呈现低阻特征，当其中不含水（或泥）时呈现高阻特征。测区降水丰富、地下水丰富，岩溶中一般是含水状态，阻值在 5～140Ω·m 间，呈现出低阻特征。因此岩溶发育段在高密度电阻率法反演断面图的表现为低阻凹陷、低阻层或者低阻闭合圈。

音频大地电磁剖面 E1 线地表从 230m 附近开始，深部往大里程方向延伸，两侧视电阻率等值线存在明显电性差异，错断现象推测为断裂构造所致，断层倾向为北东，倾角约 70 度。