综合物探工作实例应用效果

陕西省煤田地质局物探测量队(祁明星　2006.04.17西安)

    从计划经济转入市场经济，陕西省煤田地质局物探测量队先后在关中地区的水资源勘探中寻找市场，引进了大功率瞬变电磁仪；在考古和地裂隙勘探中引进了高密度电法技术。通过新方法和新技术的研究，编制了较为实用的物探解释程序和成图软件，撰写了几十篇技术论文，提高了技术人员的综合解释水平和工作效率，保证了解释成果的可靠性，在国内同行业达到了先进水平。
　　近几年，陕西省煤田地质局物探测量队在多方法综合勘探中取得了较好的地质成果。例如，陕北地区供水水源电法勘探，陕北黄河沿岸缺水地区地下水勘探，西安市地裂隙勘探，公路工程地质勘察，自然灾害勘查，煤矿采空区或突水勘察等，物探工作的勘探面越来越广，勘探精度越来越高，相应的综合解释能力也越来越强。下面列举几个工作实例。

某矿井在工作面突水治理综合物探应用

    某矿井在工作面建设中，因遇突水事件，影响了正常工作的开展，为了查清突水事件的地质原因，在井口周围开展地球物理勘探工作。选择以瞬变电磁法（TEM）和高分辨率反射系数法（简称GF法）结合激电测深的方案进行工作。即以瞬变电磁法定性研究勘探区内各地层及地质构造的含水性；重点地段以高分辨率反射系数法控制第四系含水地层的厚度变化及下伏基岩面的起伏形态，探测基岩裂隙带；在电阻率异常区以激电测深进一步证实地层的含水性。
    在350号、388号及402号等测点，Ks、Kd和ρz曲线在基岩段呈锯齿状变化，推断所在点位基岩裂隙发育（见图2）。

    结合地质及水文资料综合研究认为，突水可能是采空区冒落带裂隙沟通附近的第四系砾石、基岩风化带和基岩裂隙形成的复合含水层。古河床和基岩裂隙则可能是渗向突水点的导水通道。

某矿井采空区积水综合物探工作

    某矿井的工作面，2煤层可能被采空积水而资料不详。如采空积水将会对下层工作面的生产带来不安全因素，因此用物探方法对在可能采空区及积水区范围进行勘探，并提供放水孔位置。全区采用高分辨直流电测深法控制2煤底板起伏形态及基岩裂隙发育情况、用瞬变电磁法和激发极化法初步圈定积水区段；用对称四极电剖面法划分2＃煤采空区范围。
    用实测ρS值的转换曲线解释2煤底板起伏形态及基岩裂隙发育情况（见插图3）、用瞬变电磁法和激发极化法初步圈定积水区段；用对称四极电剖面法划分2煤采空区范围，在综合物探剖面对比图4上解释推断出了2煤采空区。依综合物探平面对比图结合剖面解释结果及单点分析，综合解释圈出了区内2煤采空区及积水区范围。

已知钻孔高分辨电测深单点解释曲线对比图3

综合物探平面对比图4

某矿区深部水源地水文地质电法勘察

    本次电法工作采用多种方法综合勘探，结合21个已知钻孔综合解释，最终圈出了区内第四系潜水面等高线图，第四系底板等高线图，第四系含水层等厚线图，洛河组地层底板等高线图，洛河组地层厚度等值线图。结合钻孔及水文地质资料，应用多种电性参数综合对比分析，圈出了强富水区、较强富水区、富水区和弱富水区，并圈出了测区南段基岩不含水的范围，园满完成了设计提出的各项地质任务。
   S12水文孔，位于测区东北D20线37400号点，资料表明，第四系,45米，K1L地层厚165米。反射系数法的Ks、Kd曲线（图5），从0～45米极距间对应的第四系异常为下降段，解释为电性较稳定的第四系含水层；在45～165米极距间，Ks曲线呈平稳上升平台，Kd曲线异常小，于K1L地层岩性电性变化小一致；从165～300米极距间，Ks、Kd曲线均呈现大幅度锯齿状异常，表明J2A地层的岩性电性变化大，主要是砂岩泥岩互层所致。地电影像法剖面反映第四系较溥（图6），图中呈桔红色、黄色条带，下部为阻值较底的K1L地层。对称四极电测深反演解释曲线（图7），解释第四系含水沙层等效视电阻率12ΩM，K1L地层等效视电阻率33ΩM，J2a地层等效视电阻率58ΩM，J2Z地层等效视电阻率31ΩM

S12钻孔反射系数法Ks、Kd解释曲线图5

S12钻孔地电影像解释剖面图6

S12钻孔对称四极电测深反演曲线图7

陕北磁法圈定煤层自燃区工作

• 我队受陕西省煤田地质局委托，在陕西省神木县锦界井田I期勘查区进行地面磁法精查勘探。其主要地质任务是：圈定3－1煤层自燃边界。区内各类未烧岩石磁性微弱，磁化率（K）常见值一般在144π×10-6SI单位以下。煤层顶底板岩石中虽含有大量黄铁矿结核，但其磁性微弱。当煤层自燃时产生高温，使煤层顶底板岩石受热变质，从而形成含铁磁性矿物的烧变岩，温度降低后，保留较强的热剩磁，实测烧变岩磁化率（K）常见值的平均值一般为1286π×10-6SI单位，而其剩余磁化强度（Jr）常见值的平均值一般为：1192×10-6A/M。
• 由区域地质资料及大量钻孔资料表明，测区内无火成岩侵入，也未发现强磁性矿床。　
• 本次磁法实测曲线在煤层自燃区内磁异常明显。
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    B14线，大号点一端为煤区，异常首部上升段近300米长，经7块模型组合解释，模型边界对应138号点推断煤层自燃边异位于141号点，此类异常幅度较小，对应的煤层自燃熄灭带较宽。本次磁法勘探采用异常持征点法，结合二维组合棱柱正反演拟合解释及钻孔，实地调查等方法综合分析，圈出了区内3-1煤层自燃边界位置。

陕西省黄河沿岸缺水城镇地下水勘查前期论证

    本次电法工作主要是探测黄河沿岸缺水城镇地下松散层孔隙含水层和基岩风化裂隙含水层的厚度和含水性，提出解决城镇供水的地下水找水靶区，为进一步开展地下水供水勘查提供依据。
    采用了多种物探方法进行综合勘探。先采用高分辨反射系数法（GF法）和瞬变电磁法（TEM法）进行勘探，初步圈定异常区段，其次用高密度电法（地电影像法）在异常区段了解第四系地层内部的横向变化，最终用少量激发极化法分析异常区段地层的含水性。
    资料的分析遵循由已知到未知的原则，坚持定性分析为主与定量计算相结合，反复进行多种方法综合对比解释，最终以电法资料结合水文地质调查成果，确定测区内相对富水地段，并推断富水地段各地层的埋深。
    根据GF法各曲线的振幅强弱、踞齿跳跃的频率高低等特征进行定量分层解释。瞬变电磁法主要以二次场的衰减曲线为主，根据其衰减梯度的大小来判断其含水性。高密度法主要进行地层的分层解释，根据电性来了解各地层的含水性。用视极化率和半衰时曲线中的异常段，可确定地层中的含水层段，根据视极化率值，可定性推断矿化度的大小。
    本次电法工作采用多种方法综合勘探，结合水文地质调查，圈定出各工作区的相对富水地带，完成了设计提出的地质任务。

    1－500点曲线呈HK型，首枝视电阻率值变化较大，一般在60～150ΩM左右，是表土的反映；H型中部的视电阻率值在80ΩM左右，是含水土层的反映；K型顶部的视电阻率值在150ΩM左右，是基岩风化裂隙的反映，视电阻率值越低、K型顶部越宽阔、曲线上升越平缓，则基岩风化裂隙越厚、含水性越好；曲线尾部是瓦窑堡组砂岩的反映，其电阻率值在40～60ΩM左右。

    2-720 点的视极化率（M1）曲线在 10米～30米之间有明显的异常，其M1值在2.0%～3.5%。半衰时（Th）曲线也有异常，在10米～30米之间的Th值大于1.5～2s。推断在（10～30）米层段的砂砾层富水性好。

     3-125点的高密度棑列来看，125点附近在深度4～20米之间有一层连续的视电阻率值较高的电性层,结合GF法将其解释为砂砾含水层.

某区滑坡群工程地质勘察电法工作

    某区滑坡群位于长江北岸，为保护人民的生命财产安全，给滑坡治理方案提供依据，物探工作控制滑坡体的范围、厚度、滑床的起伏形态。

插图5、Z24孔孔旁KS曲线

    Z24号孔是为物探解释需要而施工的参数孔，其滑动面顶界面埋深约62米左右，滑动层厚度约4米，而孔旁KS曲线则在65米极距处出现“V”字型的负异常，与地质资料基本对应。Z24号孔孔旁测深曲线类型为HKHKH型，反映滑动面的小H型则在出现在极距70米后，曲线反演结果泥岩顶界面深度为63.2米,与地质结果基本对应。

插图6、Z24号孔孔旁测深曲线

    根据上述滑动面电性特征，可确定本区电法解释滑动面的原则为：以KS曲线定性确定滑动面的概略位置，以等极距小测深剔除干扰并定量滑动面顶界的埋深。由点到线、由线到面、反复推断，最终将电法成果转化为地质成果。

某村房屋裂缝物探工作

   地质任务为查明房屋地下深度15米以内地层的结构、地裂缝在纵、横向上的延伸方向。工作采用地电影像法。
   剖面4位于三防空洞内的南北向巷道内，北边为小号，南边为大号，电极间距为1米。在地电影像解释剖面图中，表层存在厚度小于3.6米的压实性较好的土质，断面中部存在视电阻率在17～27ΩM的层状地质体，分析其为松软土层，其厚度在6米～8米，在断面底部有视电阻率大于32Ω·M的相对高阻层，分析其为正常黄土和深部原生土的顶面。本断面地层由表层厚度小于3.6米的压实性较好的土质、中部厚度6～8米的土质较为松软的含水黄土或粘土及底部正常黄土和原生土层组成。经过物探的勘查工作，基本查明了测区内30米以内的第四系土层的分布规律,未发现纵向和横向上延伸较大的地裂缝，较好地完成了地质任务。

地基工程勘查

　　工作方法以地电影像法和对称四极测深法相结合的方法.主要以地电影像法研究地层在横向和纵向上的变化,以对称四极测深法着重研究各单点上地层的纵向变化，同时用该数据进一步校正地电影像法的解释成果。解释成果见下图，在基岩顶界面有一层泥沙，埋深8－10米。

公路通道高密度电法勘察

    用高密度电法调查断层位置及导水性，调查岩溶的发育程度及冲积层的厚度，为该公路的工程可行性研究提供依据。根据地质分析，本区的岩溶一般为灰岩裂隙经过地下水的溶蚀作用，日积月累形成溶洞或地下暗河，若溶洞内充填泥质或积水较多时，其电性反映为低阻异常，若溶洞内充填泥质或积水很少时，其电性反映为高阻异常。

岩溶发育区：电性剖面表现为局部不均匀体较多，地层层面呈不规则状。见下图。

断层和裂隙的反映：断层和裂隙在电性剖面上表现为连续电性层中有明显断开或错位。见下图。