基于高密度电阻率法的矿区地质探测的研究

吴金丽，符传青

在社会经济发展下，采矿行业也不断发展，一些矿产企业为了获得高额的收入，没有根据行业规范要求开采矿产资源，导致地下采空区越来越多，安全隐患较大，众所周知，容易发生地质灾害的地区主要在矿区。矿产资源被开采后，严重影响地质环境，导致矿区出现地面坍塌、地面积水、地层开裂的问题，严重还会破坏周围的房屋建筑，影响人们的正常生活，也不利于社会经济的稳定发展，对此就需要做好采矿区的探测工作。但是，普通的电阻率探测方法有自身的局限性问题，对此需要采用高密度电阻法进行探测，以此满足当前采矿区的探测需求。另外，除了采用高密度电阻法外，也可以采用地质雷达等方法，但是该方法在运用过程中也有自身的问题，采用高密度电阻法可以有效提高探测质量和效率，有效解决传统探测方法下的各种难题。该方法可以有效搜集采矿区地质信息、处理数据，确保探测点布置更加精准，总之，方法应用范围较为广泛，是一种可靠的矿区地质探测方法。

1 矿区地质探测概述

当前矿区地质探测方法可以分为三种；第一，地质调查方法，该方法是指对矿山地区开采资料和地表勘察数据等进行调查和分析，以此了解矿区地表层分布情况，但是该方法效率低下、精度不高、调查成本低。第二，地球物理探测。该方法类型多样，探测速度快、精度高。第三，钻探。该方法是指采用一些大型的开采探测设备和仪器对地面直接进行开挖，该方法虽然可以大大提高探测精准度，但是其成本高，无法对大面积的矿床进行扫描和探测。对于以上三种方法，第二种应用较为广泛，该方法具体包括地质雷达法和电法类，比如，地质雷达、高密度电阻率法、电磁法等。其中地质雷达探测法主要应用在探测深度较浅的工作区，随着信息技术的方法，高密度电阻率法应用范围较广，其精度高，信息处理效率高，布置方向灵活。因为以上优势，其被有效应用在了矿区地质勘测工作中，也取得了较好的成果，但是因为研究深度不足，人们对高密度电阻率法的异常探测研究较少。对此，人们在具体探测时需要科学选择不同的矿区，尽量采取高密度电阻率法和地质雷达两种方法对电阻力异常情况进行系统化研究，并对具体的探测方法效果进行分析。

2 高密度电阻法概述

2.1 工作原理

该方法出现时间较早，随着高密度电阻法被人们提出后，在计算机信息技术的影响下，人们逐渐研发了高密度电阻法探测设备，通过该设备来采集数据、处理数据。进入到20世纪中期后，高密度电阻法受到了人们的广泛关注，成为一种新兴的探测技术。在高密度电阻率法下有数据采集系统，该系统由主机、多路电极转换器、电极系统构成，其中多路电极转化器可以通过电缆控制电极系统下获得供电和测量结果。其中主机系统可以通过通讯电缆、供电电缆、多路电极转化器发出指令信息，并向电极供电的同时也会接收和存储信息。高密度电阻法工作原理和直流电阻法的工作原理基本上相似，都是需要依赖于稳定的电流场空间分布模式进行操作，但是其自动化水平更高，可以有效采集信息数据，提高采集效率。高密度电阻法，在具体操作时需要人们在矿区断面处布置大密度电极，确保电极数量较多时，可以促使高密度电阻法和探测断面进行融合。当人们向地下发送电流时，可以形成一个强大的电流，便于探测人员进行整体式测量，此外，也可以将该方法引入到自动转换装置中，以此实现数据采集、转换、分析、处理等目标。另外在采用该方法时人们需要在探测矿井内根据电极极距布设电极，确保电极在采集数据信息时可以有效供电和接收电，并根据各个装置排列顺序来获取测量数据。

2.2 高密度电法的装置形式

从当前高密度电法装置形式进行分析，不同的装置形式在探测过程中表现出多种跑极方式，不同的跑极方式下的探测效果也是不同的，比如，在探测深度，探测时间，探测精度要求的基础上，再采用高密度电阻法时，可以形成以下几种装备装置形式，施伦贝尔装置、微分装置，四极装置，偶极装置，温纳装置，两级、三级装置等。在具体进行采矿区探测工作时，需要根据现场实际情况科学选择不同的装置形式，并在选择时需要综合分析开采深度、采空区面积、采空区覆盖层厚度等因素，且在具体对矿区进行探测时，也要对现场综合情况进行科学评估，以此选择最佳的装置形式。

2.3 高密度电法数据处理模式

在高密度电阻率法下，人们可以通过相关处理软件对信息数据进行处理，在获取测线和测网数据后，根据电极排列顺序和高密度电阻率法装置形式，对采集的初始数据进行编排格式转换，在数据平滑处理后及时去除异常数据，并通过反转工作形成视电阻率断面图，根据该图像规律和成矿规律、地质构造特点等信息对异常图像进行评估，以此进行演示假设。通过该方法，可以帮助人们从探测的初始数据中得出真实的地质信息，便于探测工作人员精准把握采矿区实际情况，及时发现各种安全隐患问题。

2.4 高密度电阻率法资料分析技术

在具体的测量过程中，人们可以通过测量仪器和设备对固定范围内的断面进行精准的测量和扫描，在此探测工作中，人们设置了多个移动接收点和固定点，通过高密度观测系统来获取测量数据信息，在具体采集数据的过程中，人们也可以精准的监测现场实际情况。有效避免了现场出现各种空道、坏道的现象的发生，对当前整个区域进行分析发现，整个矿区作业环境中常常会出现各种噪音，还有一些特殊地质条件的影响。但是具体采集的数据信息非常符合人们需求，可以有效对现场实际情况进行解释，在数据信息采集后还需要在室内通过数据软件进行处理、整理，形成结果图。其具体的操作流程如下所示：将数据采集结果纳入到主机系统中，可以通过软件将获得的数据信息通过计算机处理软件进行转化，以此形成特定的格式，后通过专门的处理模块，将各种异常数据删除，进行地形校正处理，以此形成反演图。

2.5 高密度电阻率法概述

高密度电阻率法勘测方法的应用可以有效解决以往野外矿区地质数据信息采集过程中的各种问题，有效保证数据信息采集质量和效率，确保地质信息资源更加丰富和真实，进一步推动了电法探测的现代化发展。该方法在具体探测应用时需要布置高密度测点，需要将所有的电极设置在相同间隔的测点上，后根据测点进行观测，该方法具有以下几方面优点：可以一次性布设电极，有效避免电极设置不科学导致的信号干扰和测量误差问题；可以进行多种电极排列方法下的测量工作，可以有效获得全面的地电结构状态地质数据信息；可以有效实现数据采集和处理的自动化，有效降低了采集和处理过程中的各种失误情况；可以根据资料信息对现场进行科学脱机处理，根据自动绘制的图像信息形成各种效果图件，提高了电阻率法应用的智能化水平。

3 高密度电阻率法在矿区地质探测中的具体应用

本文主要选择的工区位于海南省儋州市某地，在该区开展高密度电阻率法测量工作，查明矿区各条地电断面视电阻率的变化情况及岩矿石电性特征，推断出矿区基岩的覆盖层厚度以及基岩与其覆盖层的地质界线。工作区位于矿区位于海南省北部，大地构造位置处于武夷—云开造山系（Ⅰ级构造单元）琼西结合带（Ⅱ级构造单元）那大-尖峰增生岩浆弧（Ⅲ级构造单元）。区域内出露长城纪及第四系地层，岩浆岩主要为印支-海西期侵入岩；该区属低山丘陵地区，海拔标高一般为385m～175m，相对高差最大为210m，地形起伏较大。区内地表水系不发育，整个矿区内未有地表水系发育。

3.1 仪器设备和测线布置

本次使用重庆精凡科技公司生产的N2电法测量系统，其拥有多项创新技术，能有效的提高和监控数据质量、提高数据采集和数据处理效率。支持采集数据以多种图像（点位图、等值线图、曲线图）的形式实时动态显示。系统稳定可靠，并一直处于持续优化系统过程中。仪器具有体积小、重量轻，低功耗，大功率，抗干扰能力强等特点。

在进行测量时，先需要布设测线，对于测线需要涵盖整个测区，设置三条剖面210个测点，点距10m，剖面线根据工区具体方位科学设置，剖面之间的间隔和剖面线布设也需要科学设置。

3.2 成果资料分析

从完成的3条剖面反映的电性特征分析，工作区覆盖层电阻率一般小于800Ω·m，完整岩矿体电阻率一般大于800Ω·m。从纵向上看，断面的电性特征明显分为上下两部分，在深度为0m～10m的浅部，视电阻率表现为以低阻为主，有可能是因为岩矿石破碎、裂隙发育从而引起的低阻，局部地段浅层呈高阻特征认为是地表分布滚石引起。据以上特征，结合剖面所处地质环境推断第四纪覆盖层及强风化岩石土为小于800Ω·m的电性反映；在断面的中深部，视电阻率主要表现为高阻特征，视电阻率值大于1000Ω·m，推断为早三叠世黑云母二长花岗岩的电性反映。具体分析如下：

0号测线走向南北，由北往南地势逐渐升高，大号点位于南边，小号点位于北边，测线150m～230m穿过一条山沟，全长700m，整体呈现北低南高，地形较陡，最大高差约为160m。

0号测线断面的电性特征分为上下两部分，在0m～40m的浅部视电阻率表现为低阻特征，视电阻小于800Ω.m，推断为第四纪覆盖层及强风化岩石土的电性反映；在断面的岩矿石风化土以下，视电阻率大于800Ω.m，表现为中高阻特征，视电阻率值相对较大，推断为早三叠世角闪石黑云母二长花岗岩。

1号线走向南北，由北往南地势逐渐升高，大号点位于南边，小号点位于北边，测线150m～230m穿过一条山沟，全长700m，整体呈现北低南高，地形较陡，最大高差为140m。

1号线断面的电性特征分为上下两部分，在0m～20m的浅部视电阻率表现为低阻特征，视电阻率值小于800Ω.m，推测为第四纪覆盖层及强风化岩石土的电性反映；在断面的岩矿石风化土以下，视电阻率值大于800Ω.m，表现为中高阻特征，视电阻率值较大，推断为岩矿体电性的反映。

2号线走向南北，由北往南地势逐渐升高，大号点位于南边，小号点位于北边，全长700m，整体呈现北低南高，地形较陡，高差约为100m左右。

2号线断面的电性特征分为上下两部分，在0m～20m的浅部视电阻率表现为低阻特征，视电阻率值小于800Ω.m，推测为第四纪覆盖层及强风化岩石土的电性反映；在断面的岩石风化土以下，视电阻率大于800Ω.m，表现为中高阻特征，视电阻率值相对较大，推断为岩矿体电性的反映。

为了验证物探成果，在3条测线布设钻孔施工，在0号线横向310m、540m处布设钻孔深，分别在孔深18.2m、7m处见完整岩矿体；1号线横向270m、480m处布设孔深，分别在孔深6.2m、9m处见完整岩矿体；2号线横向230m、380m处布设孔深，分别在孔深8.2m、12.5m处见完整岩矿体。依据反演模型电阻率带地形断面图中的等值线形态和梯度变化特征，推断的覆盖层厚度和钻孔较揭露为吻合，厘定了视电阻率800Ω.m作为覆盖层与完整岩矿体基岩面之间临界电阻率，以此推测出整个剖面盖层和未风化基岩的地质界线。

3.3 电阻率异常信息探测

第一，电法数据信息采集。在此次探测工作中采用的是高密度探测仪器是一种直流电法系统装置，该系统发射功率大，信号精度高、测试功能强，可以有效在野外进行探测，其操作简单、易于维护、使用寿命高。当前高密度电阻法可以布设为4个主剖面和1个副剖面，其中主剖面线之间的距离，长度、测线的方向均是不同的，当前人们采用的也是一种高精度的高密度电法系统，该系统内各个电极间距和每条剖面线之间的电极线都可以根据现场实际情况进行布设。其中副剖面线的电极数量可以为正剖面线的一半，对于横向分辨率其可以通过偶极装置来测量，当测量完成其中的一条剖面后可以直接将各种信息数据输入到计算机中进行处理和计算。当完成其中的一条剖面线后可以直接采用温纳反演电阻装置电阻率断面图对其进行分析，明确异常布线点之间的埋深距离，偶极装置反演电阻率断面图下的异常体平面位置，最终通过这些位置方向等信息来分析异常体的形态特点。

第二，探测结果。根据高密度电法剖面的电阻率反演断面图可以发现其中的电阻率具体分为了2层。在深度为0m-10m的浅部，视电阻率表现为以低阻为主，有可能是因为岩矿石破碎、裂隙发育从而引起的低阻，局部地段浅层呈高阻特征认为是地表分布滚石引起。据以上特征，结合剖面所处地质环境推断第四纪覆盖层及强风化岩石土为小于800Ω·m为的电性反映；在断面的中深部，视电阻率主要表现为高阻特征，视电阻率值大于1000Ω·m，推断为早三叠世黑云母二长花岗岩的电性反映。

对温纳装置测量下的数据信息进行分析可以看出电阻率异常矿体一般都富含在水砂层内，其顶部的深度和底部深度都比较深，在异常变化范围内装置下的异常体较小，但是其和偶极装置下的水平分辨率数值也相同的。此外，对探测区域的电阻率变化情况可以进行三维可视化模拟，结果发现矿区盖层厚度整体呈现南薄北厚的特征。大致以0线270号点、1线250号点、2线250号点连线为界，以南盖层厚度小于10m，主要为山腰部位；以北除去矿区东北角的一小片区域外盖层厚度均大于10m，且向西北逐渐变厚，在0线220号点附近厚度最大。厚度大于10m的盖层面积约占矿区总面积的25%左右。

4 结语

基于以上高密度电阻率法的特点和作用，将其应用到地质矿区覆盖层厚度的探测中不仅可以精准获得该地区的各种地质、覆盖层厚度分布情况，也可以通过相关仪器和设备获得精准的影像图，便于人们精准的把握该工作区周围的地质变化问题。总之，该方法操作简单，效率高，质量效果好，可以被广泛应用，此外，通过以上数据信息可以发现，高密度电阻率法应用效果显著，其反演图显示电性差异特点也非常显著，在其中的高阻带状低阻值可以有效反映出各种侵蚀带、破碎带、岩性接触带的变化情况。