可控源音频大地电磁法在岩溶塌陷勘察中的应用

万晓磊，闫顺尚

（1.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014；2.山东省煤田地质局第五勘探队，山东 济南 250104）

中国有广泛的岩溶发育地带，这些地区经常会有地质灾害发生，严重威胁区域范围内的人们生存，甚至对人们的生命安全造成威胁。岩溶塌陷作为一种较为常见的地质灾害，不仅具有隐蔽性，难以及时发现，而且还具有突发性，令人防不胜防，因此会造成严重的后果[1]。要对岩溶塌陷作出准确的判断，就要应用科学有效的措施，采用合理的手段对这种现象予以预防，具有针对性地展开治理工作。

1 测量区域的地质情况

本文研究的对象处于桂林一来宾断裂带的范围内，该断裂带的平行褶皱区域的轴向发育一组断层的方向是北北东向，破碎带非常宽，岩石的破碎非常严重，岩层已经出现挠曲，有部分区域已经碎裂。这里的基岩中含有碎石土、粉质粘土。在塌陷区的外部环境中还含有砂砾岩，而且还有硅质岩，其中夹杂着夹泥质硅质岩[2]。通过对这个区域的地面进行调查可以发现，出现岩溶塌陷的现象，主要的原因是由于存在岩溶主管道型的塌陷，也有部分区域出现了岩溶主管道边缘型的塌陷，在裂隙上还有的塌陷为洞型的[3]。从岩溶塌陷的情况来阿奎那，塌陷区域比较窄的区域为直径1m，宽的区域则可以达到直径45m。从塌陷的深度来看，比较浅的区域还不1m，比较深的区域则可以达到40m，甚至达到了45m。从塌陷的平面布局来看，上面呈现出“8”字形，也有部分区域呈现出“葫芦”形，还有的地方向串珠一样。在裂缝比较多的区域，主要的塌坑以中心为同心圆，向四周呈现出弧状展开，裂缝的长度上来看，短的部位是5m，长的部位可以达到50多，裂缝的宽度，比较窄的部位仅仅为2cm，比较宽的部位则达到了30cm。

在测量区域中，上覆第四系的视电阻率值要低一些，通常不会超过200欧姆·米，入股是在灰岩区域和白云岩区域，视电阻率则介于n×10至n×104之间，从测量区域的外围分布情况来看，硅质岩的视电阻率往往介于n×10至n×104之间。地层的岩性会不断地发生变化，而且岩石也会不断地风化，不同的区域，风化的程度会有所不同，岩溶也会出现不同的发育状态，这样就会导致地下介质的电性有很大的区别，就会导致电性界面有所不同。如果采用电法勘探这个区域，就需要对这些情况详细了解[4]。

2 可控源音频大地电磁法的基本原理

应用可控源音频大地电磁法进行探测，就是对人工源频率域作出判断。由于不同介质所具备的导电率存在不同，就可以对一次场电位的变化情况以及磁场强度产生的变化情况作出判断[5]。在对特定的区域进行研究的过程中，可以沿着测线使用接收机接收到电场的信号，还可以获得与发射偶极AP平行的电场信号，获得视电阻率。当视电阻率结构保持恒定不变的时候，通过改变信号的频率，就可以对纵深进行测量。

在具体的研究过程中应用电磁仪采用可控源音频大地电磁法进行观测，从观测站的布置方式来看，在发射端采用了大功率发电机，并结合使用发射机以及供电电极，可以提供电极A和电极H，使用这种装置进行人工源电能供应。在接收端则采用电磁仪主机，结合使用接地电极、接收线以及磁探头接受信号。在对特定的区域进行观测的过程中，在接收端与发射端构成的区域呈现出扇形，两者之间存在一定的距离，就可以展开探测工作[6]。

3 探测方法以及处理资料的方法

在探测过程中，需要使用测量区域水文地质图来进行，对于塌陷的分布情况予以了解，掌握规律。使用可控源音频大地电磁法对塌陷的区域进行定位并测量，测线的方位确定在110°，所有的测线长度都设定在600m，20m的点距，供电AY极的方位平行于测线，长度大约为1000m。

在测量的过程中所使用的仪器是电磁法仪，这种设备有多种功能，在测量电场的时候应用不极化电极，布置测线的时候使用精度很高的测量仪，使得测线方位不会出现误差，点位精确，高程也有较高的准确度。在进行观测之前需要对电极极差进行测量，如果测量的结果不超过2毫伏，就意味着电场的信号稳定，信噪比比较高，此时在埋设电极罐的时候，需要在地上挖出浅坑，将盐水倒入其中，将松土搅拌，形成泥浆，然后将电极罐旋入其中，使得电极罐充分接触到泥浆，此时就可以对接地电阻进行测量，要求接地电阻不能超过2欧姆·米。

使用CSAMTPROS软件处理圆滑和滤波，并实施静态校正，再运行SCS2D反演软件，就可以反演带地形，之后使用Surfcr绘图软件就可以将视电阻率等值计算出来，形成支管的断面图。

4 分析结果

图1 第1测线地质推断解释的剖面图

图2 第2测线地质推断解释的剖面图

图3 第3测线地质推断解释的剖面图

使用可控源音频大地电磁法对视电阻率等值断面图使用SCS2D反演软件进行反演，就可以对解释剖面作出推断，就可以发现，第1测线、第2测线和第3测线的视电阻率都存在异常，而且这种异常形态现象已经延伸到地下深度100m，由此可以判断由于断裂导致的岩溶破碎区域。（图1：第1测线地质推断解释的剖面图；图2：第2测线地质推断解释的剖面图；图3：第3测线地质推断解释的剖面图）。

图1是第1测线，在接近220m点的位置，这里的低阻从近地表的位置不断深入，低阻所在的位置比较窄。根据物探探测结果可以明确，在210m至250m的测点，海拔高程50m的位置，视电阻率出现了异常，而且有很大的范围，由此可以断定，这里是溶隙灰岩发育的异常区域。

图2是第2测线，这里的中心地带为300m测点、海拔高程55m所在的位置，为低阻封闭区域。根据钻探所获得的资料以及采用物探的方法所获得的资料，可以断定这里是断层破碎带，里面有溶洞。

图3是第5测线，测点在300m附近，这里的视电阻率比较低，从与地表接近的区域向深部延伸，电阻较低的范围相对比较宽一些。在探测中结合使用物探探测方法，所获得的结果与100m的测点基本一致。在海拔高程10m至90m所在的位置处形成了低电阻封闭范围，视电阻率值可以达到几百欧姆·米，通过这个结果可以对溶隙灰岩发育产生异常的区域范围作出判断，那么，这里就很有可能存在岩溶塌陷的问题。

总之，岩溶发育段出现岩溶塌陷，所存在的主要特点是其是沿着断层带发育，部分区域已经发育有岩石溶孔和溶隙，这样的地段存在岩溶塌陷隐患。

5 结语

通过上面的研究可以明确，在研究区域出现岩溶塌陷，从分布情况来看，是沿着岩溶强烈发育的部位展开的，采用可控源音频大地电磁法就可以将这些区域作出判断。由于采用这种方法的探测深度比较大，横向的分辨率和纵向的分辨率都比较高，就可以对强岩溶发育的区域确定下来，对岩溶塌陷的深度作出预测。

由于岩溶塌陷的规模不同，在各种因素的影响下形成，采用这种方法确定塌陷的区域，对于隐伏岩溶塌陷的具体位置进行探测的过程中，还需要结合使用雷达探测的方法、电磁波CT法等等，对塌陷的规模已经埋深作出准确的判断，还可以探测到其中的充填物性。