高密度電法在貴州省某礦勘探中的應(yīng)用

高密度電法在貴州省某礦勘探中的應(yīng)用

0高密度電法探測(cè)深度的影響因素高密度電法廣泛應(yīng)用于土木工程和地質(zhì)勘探。近年來(lái)，它也在礦業(yè)的地質(zhì)勘探中得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)高密度電法探測(cè)深度的影響因素較多,如勘探線長(zhǎng)度、電極間距、隔離系數(shù)等,而電極間距及電極數(shù)決定了勘探線的長(zhǎng)度,且探測(cè)深度跟勘探線長(zhǎng)度成正相關(guān)。本文以貴州省某煤礦富水性超前探測(cè)為例,淺析高密度電法中勘探線長(zhǎng)度與測(cè)深的關(guān)系。1電極間距v高密度電法基于常規(guī)電阻率法勘探原理,利用多路轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電極的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。地下介質(zhì)視電阻率的計(jì)算公式式中:ρ———巖土層視電阻率,Ω·m;ΔV———電位差,V;I———供電電流,A;K———裝置系數(shù)(與電極間距有關(guān))。高密度電法的布極方式有多種,如溫納剖面、施貝測(cè)深、施貝剖面、偶極剖面、微分剖面等。本文采用溫納剖面模式進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。溫納剖面電極間距按隔離系數(shù)由大到小的順序等間隔減小,測(cè)量方式為測(cè)深測(cè)量方式,其測(cè)量方式示意圖如圖1。本實(shí)驗(yàn)采用高密度處理軟件(G3RTomoV5.0)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,其數(shù)據(jù)處理流程如圖2。2高密度電法測(cè)深度的確定溫納剖面的電極排列規(guī)律:AM=MN=NB為一個(gè)電極間距,隨著間隔系數(shù)n由最大逐漸減小到最小,四個(gè)電極之間的間距也均勻收攏。該裝置適用于固定斷面掃描測(cè)量,其特點(diǎn)是測(cè)量斷面為倒梯形(圖3)。高密度電法工作時(shí)各個(gè)電極間的極距是相同的,各個(gè)電極依次作為供電或測(cè)量電極。而探測(cè)深度與電極的間距和電極間的隔離系數(shù)有關(guān),隨著隔離系數(shù)的增大,探測(cè)深度隨著加大,由于電極數(shù)量有限,最深的測(cè)點(diǎn)位于勘探線中心,因此,高密度電法獲得到地電斷面等值線圖的形狀是梯形的(圖3)。綜上所述,高密度電法探測(cè)深度涉及的因素較多,如勘探線長(zhǎng)度、電極間距、隔離系數(shù)等,而電極間距及電極數(shù)決定了勘探線的長(zhǎng)度。目前高密度電法對(duì)深度的解釋主要靠經(jīng)驗(yàn)公式判斷,一般經(jīng)驗(yàn)公式為:式中:AB———勘探線長(zhǎng)度,m。據(jù)此推斷深度時(shí)若上部地層電阻率較低時(shí),系數(shù)取較小值,反之取較大值。3探測(cè)深度和位置本實(shí)例是對(duì)貴州省某礦進(jìn)行地下水富含狀況進(jìn)行探測(cè),面積為2.85km2,探測(cè)深度為50~250m。根據(jù)地形條件使用DUK-2A型電法測(cè)量系統(tǒng),分別布設(shè)300、600、900、1200m不同長(zhǎng)度的勘探線,研究測(cè)量深度與勘探線長(zhǎng)度相關(guān)性。3.1礦區(qū)地質(zhì)特征礦區(qū)地勢(shì)由東向西逐步抬升,形成明顯的階地。礦區(qū)地層傾向235°~225°,傾角為10°~15°,平均傾角為13°,總體表現(xiàn)為單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造,總的來(lái)說(shuō),礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度簡(jiǎn)單。地貌類型屬高原低中山溶蝕侵蝕地貌。區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育,落水洞、溶洞在區(qū)內(nèi)均有分布。區(qū)域上出露地層主要有二疊系和第四系。含煤地層為二疊系的梁山組,M1煤層為區(qū)內(nèi)唯一可采煤層,傾角10°~15°,平均傾角13°。3.2反演圖像對(duì)比在勘探區(qū)域內(nèi),依據(jù)地質(zhì)資料,在地形起伏較小、坡度較緩處共布置了7條勘探線。勘探線橫慣主要巷道、采空區(qū)、煤層露頭。測(cè)點(diǎn)位置采用高精度eTrex手持GPS衛(wèi)星定位儀導(dǎo)航定點(diǎn),點(diǎn)位誤差為±5m。其中剖面4測(cè)量了300m勘探線、600m勘探線、900m勘探線和1200m勘探線四組數(shù)據(jù)(圖4),本文將對(duì)四組數(shù)據(jù)反演圖像進(jìn)行分析,對(duì)比其探測(cè)效果。300m勘探線電極總數(shù)為30,收斂標(biāo)志為1,測(cè)量時(shí)最大電極間距為6,即nmin=1,nmax=6,A=27,M=28,N=29,B=30完成跑極。600m勘探線電極總數(shù)為60,收斂標(biāo)志為1,測(cè)量時(shí)最大電極間距為16,即nmin=1,nmax=16,A=57,M=58,N=59,B=60完成跑極。900m勘探線電極總數(shù)為90,收斂標(biāo)志為1,測(cè)量時(shí)最大電極間距為24,即nmin=1,nmax=24,A=87,M=88,N=89,B=90完成跑極。1200m勘探線電極總數(shù)為120,收斂標(biāo)志為1,測(cè)量時(shí)最大電極間距為24,即nmin=1,nmax=24,A=117,M=118,N=119,B=120完成跑極。3.3結(jié)果表明，3.3.1節(jié)理裂隙異常tf300m勘勘探線電阻率成像及分析圖見(jiàn)圖5。探測(cè)最大深度為53m。推測(cè)剖面上有一條節(jié)理裂隙異常F1。節(jié)理裂隙異常F1視電阻率等值線向下凹起呈低阻板狀體異常,走向北西,傾向北東,距地表較近,對(duì)煤炭采掘無(wú)影響。由于探測(cè)深度有限,未發(fā)現(xiàn)巖溶空洞異常及水巖溶空洞異常。3.3.2節(jié)理裂隙異常600m勘探線電阻率成像及分析圖見(jiàn)圖6。探測(cè)最大深度為140m。推測(cè)剖面上有有2條節(jié)理裂隙異常F1、F2;2個(gè)巖溶空洞異常K1、K2,其中K2中心標(biāo)高為+1285m;2個(gè)水巖溶空洞異常G1、G2。其中F1與300m勘探線中的F1為同一異常,K1在300m勘探線長(zhǎng)度覆蓋但深度未達(dá)到的空間內(nèi),F2、K2、G1及G2在300m勘探線長(zhǎng)度探測(cè)范圍外異常。節(jié)理裂隙異常視電阻率等值線向下凹起呈低阻板狀體異常:F1與300m探測(cè)結(jié)果一致;F2走向北東,傾向北西,穿過(guò)M1煤層,對(duì)煤層采掘有一定影響。巖溶空洞在斷面圖上視電阻率等值線呈高值圈閉,形狀近似橢圓,本勘探線上的兩個(gè)巖溶空洞K1、K2距煤層較遠(yuǎn),且面積不大,對(duì)煤炭采掘無(wú)影響,水巖溶空洞G1距煤層較遠(yuǎn),雖面積不大,但由于可能與F2斷層關(guān)聯(lián),對(duì)煤炭采掘形成一定影響,水巖溶空洞G2下部貫穿煤層,對(duì)煤炭采掘影響較大。3.2.3水巖溶洞穴異常900m勘探線探測(cè)電阻率成像及分析圖如圖7所示。探測(cè)最大深度為223m。推測(cè)剖面上有2條節(jié)理裂隙異常F1、F2;3個(gè)巖溶空洞異常K2、K3、K4,其中K2中心標(biāo)高為+1280m,K3中心標(biāo)高為+1238m,K4中心標(biāo)高為+1350m;3個(gè)水溶空洞異常G1、G2、G3。其中F1、F2、K2、G1、G2與600m探勘探線上為同一對(duì)應(yīng)異常。K3、G3在600m勘探線范圍內(nèi),由于探測(cè)深度不足,異常未能顯示,K4為600m勘探線長(zhǎng)度探測(cè)范圍外異常。F1、F2、K2與600m勘探線結(jié)果一致,K4巖溶空洞距煤層較遠(yuǎn),且面積不大,對(duì)煤炭采掘無(wú)影響;K3面積較大且橫貫M1煤層,后期煤炭采掘要防止該巖溶空洞涌水。水巖溶空洞異常在斷面圖上視電阻率等值線呈低阻圈閉異常。本勘探線上G1異常中心距煤層較遠(yuǎn),與600m勘探線結(jié)果不同,其與F2關(guān)聯(lián)性消失,對(duì)煤炭采掘影響不大;K1的高阻圈閉體對(duì)應(yīng)位置,有大范圍高阻區(qū)域,但并未閉合,可見(jiàn)勘探線長(zhǎng)度會(huì)影響對(duì)某一深度異常的解釋;G2、G3異常橫貫煤層,對(duì)煤炭采掘影響較大。3.2.4地面鉆孔總體特征1200m勘探線探測(cè)電阻率成像及分析圖如圖8所示。探測(cè)最大深度為245m。推測(cè)剖面上有3條節(jié)理裂隙異常F1、F2、F3;3個(gè)巖溶空洞異常K2、K3、K4,其中K2中心標(biāo)高為+1280m,K3中心標(biāo)高為+1238m,K4中心標(biāo)高為+1350m;5個(gè)水巖溶空洞異常G1、G2、G3、G4、G5。其中F1、F2、K2、K3、K4、G1、G2、G3均與900m探勘探線上為同一對(duì)應(yīng)異常。G4、G5位于900m勘探線長(zhǎng)度覆蓋但深度未達(dá)到的空間內(nèi)。F3為900m勘探線長(zhǎng)度探測(cè)范圍外異常。F1、F2、K2、K3、K4、G1、G2、G3對(duì)煤炭采掘影響同900m勘探線分析。F3走向北東,傾向北西,煤層采掘無(wú)影響。G4異常中心距煤層較遠(yuǎn),對(duì)煤炭采掘影響不大,G5異常上部貫穿煤層,對(duì)煤炭采掘影響較大。3.2.5比較分析3.2.5.勘探線探測(cè)深度根據(jù)高密度電法探測(cè)深度的經(jīng)驗(yàn)算法是1/3~12(AB/2),則300米勘探線探測(cè)深度為50~75m,600m勘探線探測(cè)深度為100~150m,900米勘探線探測(cè)深度為150~225m,1200m勘探線探測(cè)深度為200~300m。本實(shí)驗(yàn)中四條勘探線探測(cè)深度分別為53m、140m、223m、245m,相差83m,符合經(jīng)驗(yàn)算法。3.2.5.探測(cè)研究點(diǎn)號(hào)300m勘探線起始點(diǎn)號(hào)為1~30,探測(cè)最低點(diǎn)標(biāo)高為+1250m;600m勘探線起始點(diǎn)號(hào)為1~60,探測(cè)最低點(diǎn)標(biāo)高為+1169m;900m勘探線起始點(diǎn)號(hào)為1~90,探測(cè)最低點(diǎn)標(biāo)高為+1109m;900m勘探線起始點(diǎn)號(hào)為1-120,探測(cè)最低點(diǎn)標(biāo)高為+1049m。探測(cè)電阻率成像圖相應(yīng)位置高低阻能夠吻合。3.2.5.表面巖溶洞穴異常(1)節(jié)理裂隙異常。F1在300m、600m、900m和1200m勘探線的電阻率成像圖上具有相同的特征;同樣F2在600m、900m和1200m勘探線電阻率成像圖的的特征也相同。F3僅在1200m勘探線范圍內(nèi)被發(fā)現(xiàn)。(2)巖溶空洞異常。600m勘探線的K2巖溶空洞異常與900m、1200m的K2巖溶空洞異常處于同一物理點(diǎn)上且中心標(biāo)高一致。600m勘探線的K1異常在900m、1200m勘探線上有對(duì)應(yīng)的高阻區(qū)域,但是未呈現(xiàn)閉合狀態(tài)。900米勘探線的K3、K4與1200m的K3、K4巖溶空洞異常處于同一物理點(diǎn)上且中心標(biāo)高一致。(3)水巖溶空洞異常。600m勘探線上的G1、G2與900m、1200m的G1、G2水巖溶空洞異常處于同一物理點(diǎn)上且中心標(biāo)高一致;900m勘探線上的G3在600m未達(dá)到的深度區(qū)域,與1200m的G3水巖溶空洞異常處于同一物理點(diǎn)上且中心標(biāo)高一致;1200m勘探線上的G4、G5在900m未達(dá)到的深度區(qū)域。4深度系數(shù)和最大隔離系數(shù)(1)300m勘探線、600m勘探線、900m勘探線和1200m勘探線成像圖高低阻相互對(duì)應(yīng),高密度電法探測(cè)深度與勘探線長(zhǎng)度成正比,長(zhǎng)度越長(zhǎng),探測(cè)深度越深。(2)實(shí)驗(yàn)中,勘探線測(cè)深與標(biāo)高的關(guān)系:其中0.353、0.467、0.496、0.408均處于1/3~1/2。300m、600m、900m和1200m的最大隔離系數(shù)分別為6、16、24