高密度电阻率方法在地下空洞探测和铜镍矿勘察中的应用效果.doc

高密度电阻率方法在地下空洞探测和铜镍矿勘察中的应用效果 梁光河 张宝林 蔡新平 徐兴旺 中国科学院地质与地球物理研究所 010liangguanghe@ 摘要 高密度电法具有小点距、数据采集密度大、施工效率高和分辨率高的特点，在工程地质、管线探测、物探找水、岩溶及地质灾害调查等工程物探中已逐渐成为常用的方法。本文首先介绍了高密度电法的基本原理，并对常用的、比较稳健的温纳装置的跑极方式进行详细的剖析，然后从两个剥露的已知小剖面的洞穴和采空区的探测入手，验证了高密度电法的有效性，同时给出了三个实际的隐伏剖面的高密度电法探测结果，并对该剖面的异常部位进行了钻探验证。接着介绍了高密度电法在新疆哈密的一个与超基性岩有关的铜镍矿中的应用实例，最后从野外采集到资料的处理解释给出了一些可以借鉴的经验。 关键词：高密度电法；空洞；采空区；超基性岩；铜镍矿；电阻率 一、前言 探测地下空洞或采空区的方法很多，常用的主要是探地雷达（或地质雷达）、高密度电法和人工地震方法。探地雷达对极浅部（通常小于10米）具有较好的效果，对较深的空洞（大于20米）难以胜任。人工地震勘探方法是根据地震波的振幅变化和绕射情况对空洞进行推断，难以对洞体的规模进行很准确的推断。高密度电法是从80年代中期开始发展起来的一种电阻率阵列探测方法，与常规电阻率法相比，其特点是设置了较高的测点密度，仪器利用多路电极转换装置，自动实现多种电极排列和多参数测量，可快速准确地测量地下二维或三维地质体在横向和纵向的电阻率变化。该方法由于能够获取丰富详实的地下地质信息，且探测精度高，因此在管线调查、物探找水、考古、采空区、岩溶、滑坡等灾害物探调查等方面得到了广泛的应用。 高密度电法在我国应用的比较多，领域也很广[1-21]，比如刘晓东等(2001)在管线探测、物探找水、岩溶及地质灾害调查等工程物探中使用了高密度电法，取得了良好的效果。林厚龙等（2001）用高密度电阻率法在阿联酋进行了地下溶洞的勘察，效果显著。王玉清等(2001)在高层建筑选址中应用高密度电法，对区内浅层溶洞的平面分布情况和空间展布形态，对工程选址及地基处理提出了合理的建议。杨湘生(2001)在湘西北岩溶石山区找水中应用高密度电法，在确定最佳井位方面发挥了重要作用等。 在国外，从美国AGI公司公布的资料来看，高密度电法在国外也被广泛应用，如进行堤坝隐患探测、地下水探测、堤坝探测、隧道开挖方案确定、岩溶探测等等方面。 国外生产高密度电法仪的主要有日本的OYO公司、瑞典的ABEM公司、法国的IRIS公司、美国的AGI公司。国内也已有几个单位研制生产，如重庆地质仪器厂、中国地质大学、吉林大学等，他们的仪器各有特色。高密度电法软件的研制方面，在国外有著名的M.H.Loke开发起来的RES2DINV反演软件，在国内主要有吉林大学李晓芹开发的高密度电阻率成像系统（RT）和图示系统（RTMAPPER）。这些仪器和软件的开发，为高密度电法的广泛应用铺平了道路。 总的看来，高密度电法在我国的主要应用领域是工程地质勘察和水文地质勘察。但在对已知剥露区或采空区进行实际验证的机会还不是很多。而且在矿床勘察中，它的应用极其有限，公开发表的资料也很少[22-23]。分析其原因，我们认为高密度电法主要是针对工程勘察发展起来的，因此在过去，其仪器的设计主要考虑浅部（如50米之内）的勘察，在供电功率、电极距的大小等方面都设计的比较小，而在矿床勘察中往往要求有较大的勘察深度（一般不小于200米），这限制了其在矿产资源勘察中的应用。但最近几年，无论从仪器设计和反演软件等方面，已经做了很大的改进，我们利用高密度电法在多个金属矿区都进行非常有效的勘察。 二、高密度电法的基本原理 高密度电法是相对与传统电法而言的，其特点是它反映的地电信息量大。但它更为关键的一点是利用程控高密度电极转换器，由微机控制选择供电电极和测量电极，实现了电法高效率的数据采集，可以说这是电法勘探的一次飞跃，该方法抛弃了传统电法的人工跑极，其测量方式达到了高效率和自动化。 高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系三部分组成。多路电极转换器通过电缆控制电极系各电极的供电与测量状态；主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令、向电极供电并接收、存贮测量数据。高密度电法野外工作装置形式较多，总电极数与点距可根据场地条件与勘察深度任意选择（如图1），这些种类众多的排列方式虽然达到十几种（如温纳法、斯贝法、偶极法等），但所有的排列都是从对称四极发展变化而来。经过大量的实践证明，抗干扰能力比较强的、比较稳健的观测方式是对称四极测深装置，也称温纳(WENNER)装置。这种装置的特点是两个供电电极（AB极）在两个测量电极（MN极）两侧对称地随着测量深度的增加逐渐等比加大。高