高密度电阻率探测方法及其应用_杨发杰.pdf

2004年第4期矿产与地质第18卷2004年8月M I N ERAL RESOURCES AND GEOLOGY总第104期高密度电阻率探测方法及其应用杨发杰,巨妙兰,刘全德(辽宁有色物探研究院,沈阳110121)摘要:以探测实例为重点,介绍高密度电阻率探测方法在金属与非金属矿产、工程地质、水文地质及灾害地质、岩溶洞穴各探测领域的探测应用效果,评述该方法的优缺点及应用体会。关键词:电法勘探;方法应用;高密度电阻率探测;金属与非金属矿产;工程地质;水文物探;灾害地质;岩溶洞穴中图分类号:P631.3文献标识码:A文章编号:1001-5663(2004)04-0356-05高密度电阻率探测方法是近几年来开发研制出的一种新型的直流电法探测系统。随着计算机的广泛应用,该方法把大量烦琐的数据计算及由点到线、到面的成像处理变得极为快速准确,极大地提高了探测效率和减少了探测资料的多解性,其方法原理成熟,并拥有大批掌握此方法原理且已积累了丰富实践经验的技术人员。因此,该探测方法与其它新兴的物探方法相比较,推广应用速度极快。目前,在金属与非金属矿产、地质构造、水文地质、工程灾害地质、考古、岩溶洞穴探测等各领域得到了广泛的应用,解决了诸多实际问题,创造了较好的社会效益及经济效益。1高密度电阻率探测技术的基本原理1.1垂向直流电测深原理直流电测深法是研究指定地点岩层的电阻率随深度变化的一种物探方法。该方法是在地面上以测点为中心,从近到远逐渐增加观测装置距离进行测量,根据视电阻率随极距的变化可划分不同的电性层,了解其垂向分布,计算其埋深及厚度1。1.2电测剖面原理电测剖面法就是在供电和测量电极保持一定距离,按一定的探测深度,沿着测线方向逐点进行观测,获得电阻率曲线,以此反映一定深度内电性层的变化情况,即电阻率剖面法是研究岩层电阻率在一定深度范围内的水平方向上物性变化的探测方法1。1.3高密度电阻率探测方法的基本原理高密度电阻率剖面探测法是基于以上垂向直流电测深与电测剖面法两个基本原理的基础上,通过高密度电法测量系统中的软件,控制着在同一条多芯电缆上布置连结的多个(60120)电极,使其自动组成多个垂向测深点或多个不同深度的探测剖面,根据控制系统中选择的探测装置类型,对电极进行相应的排列组合,按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序,逐点或逐层探测,实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过数据传输软件把探测系统中存储的探测数据调入计算机中,经软件对数据处理后,可自动生成各测深点曲线及各剖面层或整体剖面的图像。2仪器设备与处理软件探测仪器型号:DU K-1高密度电法测量系统。探测数据处理软件:RT?RTM apper For W in2dow s98(V ersion 2.3)电阻率层析成像与图视系统。653收稿日期:2004-04-20作者简介:杨发杰(1968-),男,山东潍坊人,工程师,长期从事矿产与工程物探工作。3数据处理与成像过程高密度电阻率成像与图视系统的成图成像过程是:首先把DU K-1探测系统中存储的实地探测数据,通过数据传输软件调入CRT数据处理软件,即生成一个原始数据文件3 dat;CRT软件为了不破坏原始数据文件3 dat,自动复制生成备份数据文件3 org;CRT软件只对3 org进行数据处理;CRT根据电极排列,装置参数文件3 par,即对3org原始数据进行编排,然后进行突变点剔除、数据平滑预处理,生成预处理数据文件3 tmp;再根据地形文件3 top,进行地形改正后生成地形预处理文件3 mod;对以上3 tmp或3 mod经反演计算生成反演成像数据文件3 inv;再对3 inv网格化、等值线划分、充填色彩,生成位图文件3 bmp。根据该异常图像,结合地质构造、成矿规律或被探测目标与周围介质的物性差异特点的综合分析判断,得出推断解释结果。4应用实例4.1金属与非金属矿产金属矿产勘查是高密度探测方法的一个重要领域。该方法可以圈定划分不同地质构造单元的界线,探查控矿构造及矿(化)体的分布范围、规模、产状,指导重型山地工程的布置,相互验证勘探成果,以及对金属矿山生产、勘探提出指导性预测,对寻找隐伏盲矿体发挥重要作用。实例1辽宁宽甸万宝铜矿X线矿体异常随着探测技术方法和找矿理论的不断发展,近几年来在该矿区开展了地质、物、化探多种方法的二轮找矿。测区主要岩石的电阻率测定结果是:混合岩为8008 m;大理岩为28k8 m;角岩为8008 m;干矽卡岩为15k8 m;含铜磁铁矿石为0.028 m。可见矿石与矽卡岩、围岩地层的电性差异较大,满足探测条件。该剖面采用高密度电阻率探测法,电极排列采用温纳装置,电极点距为5m,成像数据经突变点自动剔除预处理,再经三次反演计算所得,其视电阻率断面图见图1。剖面上140.5m处的钻孔是在本剖面探测之前据激电中梯探测法发现的极化率高值异常,结合该矿区地质构造及成矿规律,综合分析判断而设计施工的。钻探验证结果是:自地表下2m21m为弱矿化的矽卡岩,21m36m为大理岩夹角岩。通过对高密度剖面异常与钻探结果的对比可见,21m以上的弱低阻异常恰与弱矿化矽卡岩层相对应,21m以下的低-高阻异常过渡带与大理岩夹角岩层相对应。在钻孔右侧145m180m间的囊状低阻异常所对应激发极化测深曲线上,在A B?2等于30m、36m两个供电极距条件下存在低阻、高极化异常,推测此低阻高极化复合异常是由含铜磁铁矿所引起。从以上探测结果分析,高密度探测结果与ZK94钻孔的地质勘探成果以及与激电中梯、激发极化测深异常均相互吻合,显示了该探测方法对矽卡岩型金属硫化物矿床勘探的有效性。如果开钻前拥有此方法技术,把钻孔向右移10m,则可较准确的验证低阻高极化体复合异常。因此,此探测方法不但可以发现盲矿体还可以指导工程设计。图1万宝铜矿X线高密度电阻率探测剖面图Fig.1X line profile of high densityresistivity in theW anbao copper deposit实例2辽宁岫岩玉石矿辽宁岫岩是我国蛇纹石质玉石的主要产地。岫岩玉产于辽河群大石桥组第三段富镁的白云石大理岩的蛇纹石化蚀变带中,矿体形态多呈扁豆状、透镜状,呈雁行式排列。本探测剖面采用高密度电阻率探测法,选用温纳装置,电极点距5m,成像数据是剔除突变点等预处理后,再经三次反演计算处理得到的数据。图2为反演及推断解释成果图。推测90m110m和130m150m的两处扁豆状高阻异常是由旧采巷道所引起;170m200m埋深在5m35m的圆形低阻异常是由坡积物充填的溶洞或溶坑所引起;110m135m处倾角为55 左右的条带状异常,是由蛇纹石化蚀变破碎带所引起。通过位于蛇纹石化蚀变破碎带中旧采巷道及其中所见蚀变界线与探测剖面图中的推测结果对照,证明推断解释结果是正确的。说明该探测方法不仅对矿体与围岩物性差异明显的金属矿产,而且对非金属玉石矿都具有良好的探测效果。以上结果表明,只要我们掌握了被探测目标与周围介质的物性差异规律,不论是金属矿还是非金属矿,均可得到较理想的探测结果。753图2岫岩瓦沟玉石矿高密度电阻率探测剖面图Fig.2Prospecting profile of high densityresistivity in theW agou jade deposit,Xiuyan4.2工程地质高密度电阻率探测剖面在覆盖层及盖层下,对基岩起伏形态、不同地质体的界线、构造发育情况及分布特征等工程地质勘探方面,其应用也是十分有效。该方法既可以指导勘查工程的布局设计,又可以与钻探等其它勘查手段互相验证,具有直观性和快速经济等优点。实例3辽宁铁岭某水泥生产线基础勘察此生产线基础位于山前坡地且地下水较发育的白云质灰岩区,具有形成岩溶的岩性和水文条件,且在工程地质勘察时,部分钻孔中已发现了溶洞,因此决定利用物探高密度电阻率探测方法配合工程地质勘察进行详勘。该剖面的电极排列采用温纳装置,电极点距5m,成像数据是经预处理后,再经三次反演计算所得(见图3)。通过对该成像剖面的分析解释,推断得出土层的厚度及基岩起伏情况,见图3中的标注。经验证,ZK29孔底已钻到风化岩0.2m,ZK30终孔在土层中,ZK31刚钻到风化岩,ZK32终孔在土层中,ZK33钻入风化岩2m,该推断解释结果与钻探剖面圈定出的风化岩顶面及风化溶沟、岩牙发育层位是一致的,说明该方法对探测风化岩层面及地表覆盖层的厚度变化分布特征是有效的。图3铁岭水泥生产线基础高密度电阻率勘探剖面图Fig.3Basic prospecting profile of high densityresistivity in T ieling cement producing line4.3水文地质方面实例4海城东四方台热水井海城东四方台地热田于2002年冬新钻一眼260m深的热水井,涌水量20m3?h、井口水温50(见图4),该井于图中所示。RJ2、RJ3、RJ4热水井(水温93、涌水量50m3?h)与EY RJ1热水井(水温70、产水量30m3?h)相差较大。为了验证此处是否具备与RJ2?3?4热水井相似的水文地质条件,查明该井水量小、水温低的原因,特设计该高密度电阻率探测剖面。本剖面的电极排列采用温纳装置,电极点距10m,成像数据经预处理后,再经三次反演计算而得。其推断解释成果见图4中标注,此剖面全面形象地反映了该地热田的导热、储热、保温盖层等热矿水水文地质单元模型的剖面形态特征。据其异常形态特征推测:上部275m左右呈近水平分布小于的108 m的低阻异常,是由第四纪底部的砂、卵、砾石孔隙含水层形成的热储构造所引起;在2120m 2130m左右为岩性变化界面;在剖面位置200m230m和460m490m处的2130m以下,存在断裂破碎带。以上推测与该地热田探明的上部第四纪隔水保温层厚度为75m左右、中部275m 2125m的深度范围内是砂砾岩中的孔隙型热水层、2130m以下是花岗岩中裂隙型热水层的水文地质特征相一致。此剖面中的整体异常特点表明,新钻井处具有与相邻三眼高温、大水量热水井具相似的低阻异常,结合该点的激电测深参数特征,推断此点具备高温、大水量热水井的水文地质条件,并认为新钻井产水量小、水温低的原因是成井工艺不合理。因此,又在井旁按新设计的成井方案钻井,结果水温达93,水量大于60m3?h,满足了设计水温水量的要求。图4海城东四方台热水井高密度电阻率探测剖面图Fig.4Prospecting profile of high densityresistivity of geothermalwell in Dongsifangtai8534.4工程灾害地质近几年来地质灾害的预防治理工作越来越引起社会各界的重视,高密度电阻率探测方法在滑坡预测、城市内的人防工程对高大建筑的影响的评估、河堤防漏、水库坝址防漏治理、岩溶溶蚀对建筑物桩基的影响的评估、老矿区的采空塌陷危害的评估等方面,均得到了广范的应用。实例5辽宁浑河堤土工膜质量检测该次探测的目的是对河堤防漏土工膜施工质量不合格处进行探测并作异常对比试验,剖面布置在已知土工膜存在破裂及粘接不合格的地段。该剖面采用高密度电阻率探测,电极排列装置是联合剖面,电极点距1m,成像数据预处理数后,再经三次反演计算得到成像剖面及推断解释成果(见图5)。推测图中低阻异常是因土工膜破裂、对电流线的阻挡程度减小而引起;高阻异常区是因土工膜完整对电流线阻挡程度高而引起。通过将上述异常推断结果与已知破裂、粘接不合格、埋置不到底等质量问题的对比,证明了该方法能够对防渗漏土工膜进行施工质量监测。图5河堤土工膜高密度电阻率探测剖面图Fig.5Prospecting profile of high density resis2tivity of earthwork membrance of the river bank4.5岩溶洞穴景观资源实例6辽宁葫芦岛灵山洞岩溶洞穴本探测剖面的目的是试验已知岩溶洞穴的异常特征。探测剖面布置在已知岩溶洞穴正上方的山坡上,采用高密度电阻率探测,电极排列采用温纳装置,电极点距5m,成像数据经预处理并经两次地形改正后,再经三次反演计算所得推断解释成果(见图6)。从图6可见已知洞穴断面与其引起的异常形态、规模、产状对应一致。试验表明,当旁侧异常干扰减小时,探测剖面中产生的电阻率异常形态与实际洞穴断面的一致性更高。由于断裂及水文地质条件的影响,洞穴异常会表现为高低不同的异常反应,且阻值变化幅度较大。当洞穴规模较大、洞室在水位面之上、洞内通风条件良好、洞内干燥时,表现为高阻异常;当洞室内塌落充填物较多、洞室空间不大、洞内潮湿时,表现为弱高阻或弱低阻异常;当洞内充满水时,表现为极低阻异常;当溶洞与断裂关系密切时异常规律更加复杂。实例说明了该探测方法在对岩溶洞穴的探测是一种有效的探测方法。现已利用该方法配合浅层地震仪成功地完成多处引起工程灾害的岩溶洞穴探测。用于旅游开发的辽宁海城仙人洞、葫芦岛盘龙洞、灵山洞三处中大型岩溶洞穴景观资源的勘查评价工作,均取得良好的探测效果。图6灵山洞探测对比剖面图Fig.6Prospecting correlation profileof lingshandong5高密度电阻率探测方法的优缺点高密度电阻率探测方法与其它探测方法相比较,具有以下优点:(1)自动化程度高。具有一次性布点,可自动完成多种探测装置的跑极、自动观测、记录、计算、成图成像的全过程。(2)降低了人为误差。消除了点位误差,观测误差,计录、计算误差,绘图误差,大大提高了探测成果的准确性。(3)提高了探测工作效率,降低了劳动强度。(4)成像技术使得探测异常形象直观,大大减小了探测异常的多解性。不足之处是DU K1探测系统控制的电极数还不够多,探测深度不够大,如能同时测试激电参数,数据处理软件能正演计算,解决反演假像问题,此技术方法将会有更加广阔的发展前景。6几点体会(1)剖面方向的选择对于地下存在探测目标是非球形地质体时,或者被探测目标及周围介质存在着953各向异性,或剖面方向与异常地质体的夹角不同,或探测目标的旁侧影响程度不同时,均可产生异常形态的差异。因此,在剖面布置前,要对探测区的区域地质构造或探测目标的各向异性规律有所了解,这样才能得出比较切合实际的推断解释。(2)探测电极装置的选择对于同一物性的地质体,随着探测装置、电极点距、地形条件的变化,探测异常会发生不同的变化。只有在实际工作中不断总结经验,才能方便灵活地使用各种装置类型及电极点距,取得理想的探测效果。(3)探测方法的合理配合在基岩地区找水时,要注意如何正确判断断裂破碎带的含水性的问题。由于并不是所有的断裂破碎带都有很好的含水性,在实际找水工作中,对用高密度电阻率探测剖面找到的断裂破碎带,要用激电参数验证其含水性。在某些岩性上做激电测深时,要注意如何排除随着极距的增大半衰时的值也在增大的干扰问题。要注意区分矿物中的电子或离子引起的高值背景与富水异常的问题。在高密度电阻率探测剖面上,金属硫化物矿体多会有低阻、高极化率的异常显示。因此,在进行金属矿勘探时,应对低阻异常配合激电参数验证。要注意石墨或老变质岩及基性岩中的某些矿物成分对金属硫化物高极化率的影响。高密度电阻率探测剖面在岩溶洞穴探测时,要配合浅层地震仪进行高阻异常验证,以便区分高阻脉岩与旱洞引起的高阻异常。(4)高密度电阻率成像剖面解释要注意排除反演假象,常见在一个高(低)值异常的四周,对称地分布着四个低(高)值假异常。(5)地形改正处理当遇到整体地形变化不大,但其中几个相邻电极相对高差较大,此处恰好对应着异常影像,这时不可忽视地形改正的作用。对剖面中产生的与地表相连的异常,一定要现场分析是否与地形有关。参考文献:1武汉地院金属物探教研室.电法勘探教程M.地质出版社,1980.HIGH DENSITY RESISTIVITY SURVEY INGM ETHOD AND ITS APPL ICATI ONYAN G Fa2jie,Ju M iao2lan,L I U Q uan2de(R esearch Institute of L iaoning N onf errousM etals Geophysical p rospecting,S henyang,L iaoning110121,China)Abstract:The article introduces the application of high density resistivity surveying method in those fieldssuch as metal and non2metal m ineral resources prospecting,engineering geology,hydrogeology,disaster ge2ology and karst cave w ith a focus on m ineral resource prospecting cases.It describes the advantages and dis2advantages of this method and some application experiences as well.KeyW ords:electronicmethod exploration,application of method,high density resistivity prospecting,metaland non2metalm ineral resources,engineering geology,hydrogeology,disaster geology,karst cave063