瞬变电磁法在某矿区岩溶勘查中的应用研究

龙秀洁，邓宇静

（1.广西壮族自治区地球物理勘察院，广西 柳州 545000；2.广西泰宝矿业开发有限责任公司，广西 贵港 537000）

在矿山开采过程中常常引发地面塌陷等地质灾害，给人民生命财产安全和周边居民建筑物的稳定性造成威胁。以桂平市锡基坑铅锌矿为例，由于矿区长期开采引发区域地下水位下降、导致岩溶地面塌陷等地质灾害问题，因此查明该矿区岩溶发育分布规律、规模，成为急需解决的问题。然而矿区存在复杂干扰背景场给物探勘查带来困难[1]。面对工程项目急且干扰源复杂的双重困难下，前期在已知溶洞、巷道上方开展多种物探方法有效性试验，如可控源音频大地电磁法、高密电阻率法、微动、瞬变电磁法等，只有FCTEM60-1拖拽式高分辨率瞬变电磁法探测系统可以压制矿区干扰，并准确有效的探测溶洞、巷道位置及埋深，所以利用瞬变电磁法能有效探测岩溶发育情况。

1 工程概况

桂平市锡基坑铅锌矿位于广西桂平市厚禄乡，矿山距离贵港市东北方向32km，桂平市西南方向26km处，距厚禄乡约2.5km，行政区域隶属桂平市厚禄乡管辖，地理坐标：东经109°50′33″-109°51′14″,北纬23° 15′ 58″ -23° 16′ 46″。

该矿区面积约1.77km2，开采标高：+40m～-100m，以地下开采为主、露天开采为辅。+20m标高以下的矿体采用地下开采方式，+20m标高以上的局部矿体采用露天开采方式。矿区在开采过程中，揭露大量溶隙、溶洞、破碎带等含导水构造，导致矿坑涌水灾害，引发区域地下水位下降、岩溶地面塌陷等一系列问题，影响矿山安全开采及周边生态环境安全[2]。因此，矿区岩溶裂隙带、溶洞、含导水构造的精细化探测与有效封堵成为目前亟需开展的重要工作，通过物探手段查明岩溶发育情况及分布规律为后期灾害治理提供可靠地学依据。

2 瞬变电磁法探测

（1）工作原理及设备。瞬变电磁法（TEM）是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，来解决有关地质问题的时间域电磁法。本次野外工作使用重庆大学和重庆璀陆探测技术有限公司研发的FCTEM60-1拖拽式高分辨率瞬变电磁系统，具有以下特点：①观测断电后的纯二次场，克服了复杂的一次场补偿问题，受地形影响较小；②单脉冲激发就可得到多信息的整条瞬变电场衰减曲线，通过加大发射功率和多次叠加，可大幅度地提高信噪比，加大勘探深度；③采用不接地回线装置，适宜于各种地理环境下的野外工作；④由于瞬变电磁法的探测深度仅取决于大地电阻率和仪器的采样时间，故可通过调节发送功率、仪器采样时间，方便地控制探测范围；⑤采用不同的装置形式，可以相应地提高横向、纵向分辨能力；⑥对发送回线的形状、方位和点位要求不严，测地工作简单，可通过流水作业达到极高的工作效率；⑦在高阻围岩地区不会产生地形起伏的假异常，在低阻围岩区，由于是多道观测，早期场的地形影响也较易分辨。

（2）测线布设。根据已知矿区地质资料、地形地貌及工作目的任务所需解决的地质问题，南北向布设6条测线，东西向布设9条测线，覆盖整个矿区如图4。布设15条瞬变电磁法剖面，剖面总长度为19005m，物理点数3816个，点距5m，设计勘探深度100m。

3 数据处理及资料解释

瞬变电磁法数据处理过程：首先将野外实测的感应电位经过数据预处理，然后对预处理后的数据进行反演处理，最后得到视电阻率断面等值线图的过程。

资料的解释是以不同地质体电性差异为前提，地质体的电阻率与所含矿物组成、含水量、自身的结构、构造等因素有关。当地下有断裂构造、岩溶破碎带、岩溶裂隙、溶洞发育时，视电阻率等值线反映为梯度变化带，充填型溶洞表现为低阻圈闭异常形态，未充填溶洞表现为高阻圈闭异常形态，断裂构造、破碎带视电阻率表现为同步低阻下凹异常形态特征。根据瞬变电磁法电阻率断面等值线图异常形态进行定性、定量解释，结合已知地质资料推断断裂构造、岩溶破碎带、岩溶裂隙发育、划分地下水强径流带分布、地下水主要通道的位置和规模。文中仅仅对1线、3线、6线成果进行分析：从1线瞬变电磁法电阻率断面等值线图中375m～400m、525m～550m、625m～675m、725m～750m、850m～900m、1025m～1100m、1125m～1400m呈低阻下凹异常或低阻圈闭异常形态，埋深约20m～-20m，推断该深度溶蚀裂隙较发育局部发育小规模充填型溶洞如图1；从3线瞬变电磁法电阻率断面等值线图中500m～510m、725m～875m、975m～1125m、1625m～1675m呈 低 阻 下凹异常或低阻圈闭异常形态，埋深约30m～-20m，推断该深度溶蚀裂隙较发育局部发育小规模充填型溶洞如图2；从6线瞬变电磁法电阻率断面等值线图中400m～475m、925m～1050m、1190m～1210m、1425m～1475m呈低阻下凹异常或低阻圈闭异常形态，埋深约30m～-20m，推断该深度溶蚀裂隙较发育局部发育小规模充填型溶洞如图3；溶蚀裂隙发育位置电阻率值较低50Ω·m～210Ω·m，基岩相对完整位置电阻率值530Ω·m～11330Ω·m，1线与3线平行异常形态连续性较好，已知塌陷区集中1线、3线与低阻下凹异常吻合，表明低阻异常区岩溶较发育，存在较大的岩溶塌陷风险。

图1 1线瞬变电磁法电阻率断面等值线图（红色圆圈为低阻异常区）

图2 3线瞬变电磁法电阻率断面等值线图（红色圆圈为低阻异常区）

图3 6线瞬变电磁法电阻率断面等值线图（红色圆圈为低阻异常区）

根据物探成果推断整个矿区岩溶较发育，岩溶发育主要在10m～-20m标高，视电阻率呈层状圈闭低阻异常带；局部有岩溶破碎带、岩溶裂隙带发育，视电阻率呈较大幅值低阻下凹异常，共圈定岩溶裂隙带51处，岩溶破碎带局部发育溶洞11处。研究发现物探异常呈局部分带性，根据规律划分成两处物探异常带分别为D1、D2：其中D1异常带岩溶发育最强烈异常规模较大且分布密集，属地下水强劲流带；D2异常带岩溶发育较D1异常带弱，异常规模小且比较分散。结合地质资料推断数条北东～南西向构造、一条北西～南东向断层（F2），在构造错断部位溶蚀较强烈、岩溶较发育，物探异常集中且明显。圈定矿区岩溶发育较强烈主要位于矿区西南面，矿区南、东、北、西北面岩溶稍发育如图4。

图4 成果推断图

4 结论

（1）采用FCTEM60-1拖拽式高分辨率瞬变电磁法探测系统，查明矿区内主要的地下水通道、岩溶裂隙、溶洞、岩溶破碎带受到北东～南西向构造、北西～南东断层控制，物探异常集中的区域正是构造错断部位，研究发现岩溶发育具有分带性。结合现场工程地质及水文地质资料分析，低阻异常主要是由充填型溶洞、破碎带、岩溶裂隙引起，已知塌陷位置与物探圈定的岩溶破碎带吻合，证实该方法取得可靠的地学信息，为后期治理提供可靠的技术支撑。

（2）FCTEM60-1拖拽式高分辨率瞬变电磁法探测系统，所采集的数据通过专业软件反演绘制二维电阻率断面等值线图，能够较为准确探测复杂干扰背景场地地下空间岩溶发育情况，使得复杂干扰背景下物探勘查成为可能。