瞬变电磁法在石墨矿区尾矿库工程地质勘察中的应用

摘要：本文以瞬变电磁法（TEM）在某石墨矿区的工程勘察中的应用为例，简要阐述了瞬变电磁法的工作方法、数据采集和整理、资料的解释推断等。因石墨和其它岩（矿）石相比具有明显的低阻高极化特性，瞬变电磁法因其观测和研究的是二次场即纯异常场，受地形影响小，探测效果更明显，其作为时域方法对于导电围岩和导电覆盖层的分辨能力优于频域方法，在工程地质勘察中效果良好，并证明了工程物探亦能为一定深度勘探工作提供有效依据。

关键词：瞬变电磁法；工程地质勘察；工程物探；石墨矿区

1.概述

在工程建设的前期，首先必须查明建筑场地的地质结构。有些地区地质构造复杂多变，仅使用钻探进行勘查，费用高且工作量大，选择物探方法查明全区的构造分布情况，然后有针对性的配以少量钻孔验证和控制，既可取得良好的地质效果，又可取得显著的经济效益。

在工作初期，采用电剖面法、电测深法以及高密度电阻率法，因石墨矿体具有低电阻率高极化率的物理特征，且该区域石墨矿体在表层及浅部均有发育，对数据采集工作影响颇大。同时矿区属于中温带大陆性季风气候。地表降水较多，传统电阻率法无法有效作业。因该场地地层存在电磁性差异，本次尾矿库勘察物探方法采用瞬变电磁法。

瞬变电磁法既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体的电性变化，同时又能提供地层岩性纵向的电性变化情况，具备电剖面法和电测深法两种方法的综合探测能力。在勘察中构造带与围岩之间以及不同岩性的地层之间都存在着明显的电性差异，具备电法勘探的地球物理前提。变电磁法对查明构造带的规模，纵、横向发育及展布情况，空间形态特征等问题具有独特的优势。辅以测区部分工程勘探钻孔的资料，为本次物探工作的解释推断提供较为准确的依据。

2.地球物理特征

据现场地质调查，库区岩性为大盘道岩组（Pt2-3d）和建堂岩组（Pt2-3j）组，主要有石英岩、石英片岩、石墨片岩、黑云斜长变粒岩、片麻岩白云质大理岩、石墨片岩大理岩等。风化裂隙发育，局部呈碎裂结构，在构造带中结构比较松散，同时地表降水较多，地表水容易下渗，导致阻率降低，主要表现在构造带拉张裂隙下切的部位及雨水容易下达到的错动面附近。因此库区内构造带、拉张裂隙附近的岩土体等和周围岩土体之间都存在较明显的电阻率差异，这为开展瞬变电磁法测量提供了良好的地球物理条件。

3.工作方法及数据采集

本区测地工作是以矿方提供的工作区地形图为基础。各剖面的端点、剖面间点位均采用手持GPS进行定点，定点精度为±2m。经检查，布极方位误差小于±5º，点距误差小于±1%。满足电法对测地工作的要求。本区瞬变电磁法工作方式采用重叠回线装置，供电电流为100A、有效回线边长为25m、叠加次数为15、供电脉宽为10ms、信号衰减段倍率为 80db。

本次物探勘查工作共完成10条剖面，870个测点，剖面I～V点距5m，剖面VI-X点距10m。勘探剖面包含了新老截渗坝、初期坝以及排洪隧洞。本区共完成测点870个，质检查点35个，占总测量点的4%，视电阻率均方相对误差±5.2%。

4.资料的解释推断

经室内资料整理，所有野外观测数据都经过预处理，预处理的数据绘制成视电阻率ρs等值线断面图；且各剖面选用最小二乘反演，生成反演成果图。综合各剖面推断图（图1）可以明显看到高、低阻发育的区域。现根据以往物探工作经验以及本区地层的电性特征，结合地质资料推断解释如下：

上游截渗坝布设剖面Ⅰ、剖面Ⅱ，深度5～7m以上呈相对低阻，推测为耕土、充填粘性土碎石、角砾，深度7～120m呈相对高阻，推测为片岩地层。电阻率异常区域为片岩地层的反应，其起伏变化受地形影响，电阻率曲线急剧下降变化处为受石墨片岩、地下水及局部破碎带影响所致。

初期坝布设剖面4、360、580号点下穿低阻带。其中580号点处下部出现低阻闭合圈体，推测为构造带岩体风化较完全，充水所致。电阻率异常亦为片岩地层的反应，其起伏变化受地形影响，两电阻率异常接触带（低电阻区）为地层风化破碎及充满地下水引起。

1#排水井所在支洞布设剖面6，电阻率等值线变化平缓，仅在420至460号点处中部出现电阻率等值线下凹趋势，且趋势平缓，推测该剖面岩层较稳定均一，440号点附近可能有构造穿过。电阻率异常11为片岩地层的反应，其起伏变化受地形影响，电阻率曲线急剧下降变化处为上部坡积及全风化-强化化较厚层破碎岩层及下部局部石墨片岩矿体的影响。

2#排水井所在支洞布设剖面7，该剖面上覆第四系地层较厚，平均10-15米。剖面170号点处等值线下凹明显，将左右岩体分为两部分，推测有构造带穿过附近。420号点下部等值线突变无规则，推测地层破碎较严重。电阻率异常12处电阻率等值线下凹明显，将左右岩体分为两部分，解析为上部较厚层坡积层及破碎岩体，下部为不同岩性接触带；电阻率异常点13处下部等值线突变无规则，推测地层破碎严重且岩性复杂引起的。

排洪隧洞下游布设8号剖面，该剖面0至160号点处岩层整体表现为低阻，160至480号点处整体表现相对高阻，推测170号点附近岩层断裂错断，0至160号点段，风化充水严重。物探异常点14处电阻率曲线在山体某一深度呈对向锋线集中，解析为岩体破碎及下部局部石墨片岩矿体的影响。

排洪隧洞中游布设9号剖面，剖面170至210号点处电阻率等值线下凹明显，且下部等值线突变杂乱。推测构造带破碎反应。第四系覆盖层平均6-10米。电阻率异常15为片岩地层的反应，解析为较厚层坡积土及下伏极破碎且充水的岩体层，深部电阻率曲线有突变，解析为不同岩性接触带且可能赋存多重岩性岩体。

5.结论及建议

综合现场调查、钻探资料及物探数据处理，可知在地表电阻较低，受到构造影响的岩体破碎，电阻率稍低，未受影响的较完整岩体电阻率较高，浅部低阻是受风化岩软弱层饱水所致。构造破碎带和围岩部分视电阻率差异较大，电阻率曲线变化比较明显。物探断面是依据地层电性特征解释而得，所以物探断面并不全等同于地质断面。电阻率值是多种岩性的综合值，并非代表一种岩性，使用时应结合地质资料进行分析。

该工区物探数据处理结果，在结合工程地质钻探等地质资料分析后，我们对库区基岩稳定性、构造空间分布形态、地质结构等情况有更加准确的认识，依据此判定出对尾矿库工程建设更加明确、具体的方案。

参考文献：

[1] 侯振胜，王俊福等．瞬变电磁法在煤层赋水性探测中的应用．同煤科技．2014年01期．

[2] 彭诗聪，蔡晓东．地球物理勘探在石墨资源勘查中的应用．科学与财富，2014年01期．

[4] 郭胜军．瞬变电磁法（TEM）在工程地质勘查中的应用．西部资源．2013年05期.