严易会，李小东，王 洪，刘 松，曾 杰

贵州省有色金属和核工业地质勘查局物化探总队，贵州 黔南 558000

贵州某化工厂下游存在一溶洞出水口，出水量约3万t/d，为了查明该溶洞水路在厂区及其上游的分布特征，为后期工程设计和施工提供技术依据，文章提出可在厂区及其上游采用充电法、高密度电法、瞬变电磁法（TEM）等综合物探方法进行勘查。

1 物探方法原理简介

（1）充电法。根据充电体和围岩电性差异，在良导电性地质体的天然或人工露头接上供电电极进行充电，另一供电电极置于远离充电体的地方，供电时充电体为一等位体或似等位体，电流由充电体流入危岩形成稳定电流场，该电场的分布特征与充电体的形态、大小和产状有关[1]。在地面、钻井或坑道中对其电场的空间分布进行观测和研究，以了解矿体或其他良导体的赋存情况，获得所需要的地质资料。

（2）瞬变电磁法。利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单而言，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。衰减过程一般分为早、中和晚期，早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征[2]。

（3）高密度电法。高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，它以岩、土导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地中传导电流分布规律[3-4]。

2 勘查区概况

2.1 地形地貌

勘查区为典型的丘陵地貌，地势起伏较大，总体上东高西低，北部和南部高中间低，沿河流地区地势较为平坦。勘查区地处乌江流域，有两条河流从勘查区中部穿过，河流自南东流向北西。

2.2 地质概况

（1）地层。勘查区地层为三叠系茅草铺组（T1m）、三叠系下统夜郎组（T1y）。岩性：上部为浅灰色、肉红色中至厚层白云岩、白云质灰岩夹泥晶灰岩；中部部为色薄至中厚层粉晶灰岩；下部为灰绿色、紫红色页岩，偶夹薄层灰岩。

（2）构造。勘查区位于向斜轴部，向斜轴部东侧三叠系茅草铺组地层，走向为南西至北东向。

（3）水文地质。勘查区内岩层主要为茅草铺组、夜郎组碳酸盐岩及碎屑岩，岩性主要为灰岩，间夹砂岩、砂质泥岩、泥岩及页岩等，碳酸盐岩富含岩溶水，富水性强，但水体分布极为不均匀，往往在裂隙岩溶通道形成大的地下暗河。地下水赋存于风化带、基岩裂隙、岩溶构造之中，为岩溶水、基岩裂隙水及少许孔隙水，一般沿岩层倾向径流，向斜轴部汇集，在地势低洼处、河流、溪流或压力减少处排泄。

2.3 地球物理特征

此次物探工作主要是在厂区南侧干扰较小的地段展开，该区主要出露地层岩性为第四系黏土、茅草铺组一、二段白云岩，夜郎组一段页岩、二段薄层灰岩及三段厚层状灰岩，对各地层岩性与地下水体的典型视电阻率对比如表1所示。由表1可知，其上覆第四系黏土视电阻率呈中低阻反映，茅草铺组一、二段视电阻率呈高阻反映，下伏夜郎组一、二段视电阻率呈中～中高阻反映，而地下水视电阻率呈低阻反映，围岩与水体的电阻率差异较大，为利用充电法、瞬变电磁法、高密度电法探测地下水的通道和埋深提供了较好的电性前提。

表1 勘查区岩样电阻率特征

3 工作布置与资料整理

经过踏勘，在勘查区布置垂直于地下水走向的物探测线若干条。

充电法充电点布置在溶洞出水口（A极），无穷远极（B极）在垂直地下水径流（暗河）通道且距离大于1.2km，在测线上移动观测电极M、N逐点进行观测。充电电位梯度测量点距10m，异常地段加密到5m。

瞬变电磁装置为重叠回线装置，回线边长为5～10m，点距10～20m。在野外生产中采用1匝发送、1匝接收，发送频率为25Hz，叠加次数为128次，发送电压为12V。采集数据后进行复核和平滑处理后，使用MSD-1数据处理软件计算视电阻率值，利用跨平台金维地学信息处理研究应用系统形成视电阻率断面图。

高密度电法采用四极装置或三极装置排列。测量时采用串联布极法，电极方向与测线方向一致，电极距3～5m，布设电极时确保电极与土壤接触良好。先剔除野外所测得的数据中的坏点，然后用二维高密度电法反演软件（2DRES）反演，最终形成高密度视电阻率色度图和反演图。

4 推断解释成果分析

4.1 异常推断解释

通过开展物探工作，在工作区布置的18条物探剖面上推测岩溶裂隙发育区域有65处。对各异常进行对比解译发现，物探异常埋深中心大都在6～45m，与该地区的河面及出水点埋深较为吻合，经综合分析及验证该类物探，发现异常大都为溶洞、裂隙中充填泥浆或充水所引起。以14线、17线物探剖面为例分析异常特征。

14线：根据充电法归一化零值点、瞬变电磁法的视电阻率异常特征、高密度电法测深的视电阻率异常特征，结合区域内水文地质信息推测认为，低阻异常位置为岩溶填充泥浆、水或为裂隙含水。14线充电法归一化曲线如图1所示，14线TEM、高密度视电阻率断面图分别如图2、图3所示。其中，14～118号点为充电法零值点，在45～50m瞬变电磁法低阻异常和高密度低阻异常位置反映较好，推测为岩溶裂隙发育，并且推测该岩溶裂隙和溶洞出水口连通；14～130号点为充电法零值点，在10～16m瞬变电磁法低阻异常和高密度低阻异常位置反映较好，推测该低阻异常为岩溶裂隙发育，并且该岩溶裂隙和溶洞出水口连通。经过钻探和井下电视验证结果如图4所示。该剖面上覆地层依次为耕土、黄黏土、少许白云岩团块，厚度在0～10.3m；下伏地层为三叠系下统茅草铺组（T1m），岩性为浅灰、灰白色含肉红色中厚层块状白云岩，岩溶裂隙发育，岩溶填充水或者泥。ZK14-118钻孔45～49.1m，岩溶裂隙发育，抽水试验水量大于4.17L/s；ZK14-130钻孔9～11m为溶洞，抽水试验水量大于4.17L/s。经连通试验表面，该水路和出水口水路连通。

图1 14线充电法归一化曲线

图2 14线TEM视电阻率断面图

图3 14线高密度视电阻率断面图

图4 14线钻孔验证图

17线：根据高密度电法测深的视电阻率异常特征，结合区域内水文地质信息推测认为，低阻异常位置为岩溶填充泥浆、水或为裂隙含水。17线高密度视电阻率断面如图5所示。经过钻探和井下电视验证结果表明：该剖面上覆地层依次为耕土、杂填土、黄黏土、少许白云岩团块，厚度在0～6.5m；下伏地层为三叠系下统茅草铺组（T1m），岩性为浅灰、灰白色含肉红色中厚层块状白云岩，岩溶裂隙发育，岩溶填充水或者泥浆。ZK17-106钻孔18～18.4m为裂隙岩溶裂隙发育；ZK17-117钻孔32.5～47.0m为溶洞。经连通试验表面，该水路和出水口水路连通，17钻孔验证图如图6所示。

图5 17线高密度视电阻率断面图

图6 17钻孔验证图

4.2 综合成果分析

通过综合分析充电法、瞬变电磁法（TEM）、高密度电阻率法、水文地质钻探等结果认为：

（1）工作区位于3条水系的交汇区域、区域内岩性为富水性强的白云岩、灰岩，岩溶裂隙十分发育，地下岩溶裂隙呈网状、串珠状分布，地下水主要由向斜两翼往向斜轴部集中径流，主通道主要沿向斜轴部自南西至北东方向分布。

（2）该区上覆地层为浅灰色至肉红色中至厚层白云岩、白云质灰岩夹泥晶灰岩，浅灰色薄至中层状灰岩，岩溶裂隙发育、岩溶裂隙中心埋深6～45m；下伏地层为隔水层页岩。

（3)该区地下水系发育，仅物探剖面上就推测岩溶裂隙发育区域65处，物探剖面控制区域共推测地下水系24条。地下水沿地层倾向、岩溶裂隙、F2断层向向斜轴部汇集，最终在溶洞出露，主要水路上钻孔抽水试验最大水量约为20.83L/s。

5 结论与建议

（1）充电法在追索岩溶区的地下暗河时，应将充电点选在地下暗河的出露处，然后在垂直于地下暗河的可能走向上布设测线，并沿测线一侧进行电位和梯度测量，并将全部测量剖面上电位曲线的极大点及梯度曲线的零值点连接起来，这个异常轴就是地下暗河在地表的投影。

（2）高密度电法和瞬变电磁法的低阻异常均能较好的反映岩溶情况。在充电法零值点连接线布置高密度电法和瞬变电磁法，两种方法可以取长补短，相互验证，减少了物探解释的多解性，提高了物探解释的准确度。

（3）充电法、高密度电法、瞬变电磁法三种物探方法相结合，可取得良好的地下岩溶裂隙勘查应用效果。