地质雷达方法在冬瓜山矿床探治水中的应用

夏 旭，周贵斌

（冬瓜山铜矿，安徽 铜陵 244000）

1 工程概况

为了更经济更快速地查明该导水构造破碎带的分布，利用地质雷达、高密度电法相结合的方式进一步探明矿区60 线以北至71 线北西翼断层、破碎带、岩溶及地下水的分布特征及规律，为下一步探冶水工作提供依据。

1.1 探测巷道水文地质特征

1.1.1 -790m 巷道水文与工程地质特征

-790m 巷道位于青山背斜轴部，其范围为60～72 线之间，揭露的地层有栖霞组、黄龙船山组灰岩、大理岩化灰岩和石英闪长岩体。坑壁多处于干燥状态，其中大理岩中潮湿区主要分布在北西端；岩体中潮湿区分布于67 线南东端。

1.1.2 -850m 巷道水文与工程地质特征

-850m 巷道位于青山背斜轴部，其范围为60～76 线之间，揭露铜矿体、栖霞组——黄龙船山组灰岩、大理岩化灰岩和石英闪长岩体。坑壁多处于干燥状态，其中大理岩中潮湿区主要分布在矿体北西端，少量分布在矿体南东端（70 线）；矿体中潮湿区分布于66 线北西端矿体与大理岩接触带处。

2 地质雷达检测设备与工作原理

2.1 检测设备

本次使用的仪器是意大利生产的RIS 型地质雷达，针对本次检测目标的工程特点，采用工作频率为80MHz 的天线，该仪器的特点是分辨率高，擅长于进行大数据量、高密度的连续探测并实时显示彩色波形图，比较适合本工程的检测需要。

2.2 仪器构成

RIS型地质雷达，由主机、显示器、天线（含发射机及接收机，本次使用80MHz 天线）、电源系统、连接电缆、操作软件和后处理软件组成。使用时天线贴在巷道衬砌表面，系统的其余部份均由测量技术员手持或背着。

2.3 工作原理

地质雷达法通常是一种利用高频至特高频波段（及空气中电磁波波长10m 波段至分米波段）电磁波的反射法无损探测方法。在系统主机的控制下，发射机通过天线向巷道衬砌表面定向发射雷达波。垂直于巷道壁向衬砌及围岩内传播的电磁波，当遇到有电性差异（介电常数、电导率、磁导率不同）界面或目标体时即发生反射，反射波被天线接收进入接收机，并传到主机，主机对从不同深度返回的各个反射波进行放大、采样、滤波、数字迭加等一系列处理，可在显示器上形成一种类似于地震反射时间剖面的地质雷达连续探测彩色剖面。

2.4 地质雷达检测过程

（1）技术参数。本次检测内容主要为巷道含水情况及其他不良地质体，采用的参数满足检测要求。

（2）测线布置及施做过程。根据现场探孔资料，沿巷道走向分别在左拱腰布置纵向测线，但巷道拱顶测试困难，拱腰测线离路面高度约0.5m 高。天线紧贴巷道壁，其他检测设备由检测人员手持或背着，对巷道左侧壁测线进行连续检测。但是检测过程中存在下列影响检测精度的问题。①检测过程中由于局部里程段，特别是洞口段有障碍物，故有的测线局部段未能检测到。②巷道沿线较多壁面凹凸不平，雷达天线无法紧贴，故可能影响雷达测试精度。③现场测试环境比较恶劣，湿度达到90%以上，温度达到38°，对测试结果精度有一定的影响。2.5 探测区不良地质的地质雷达探测结果以50m 为一个标记，分别对60～71 线的巷道全部进行地质雷达测试，潮湿区域雷达须好防水措施，以防雷达受潮无法使用。2.6 地质雷达探测结果小结通过对-790m 水平和-850m 水平的地质雷达波图像的分析，61 线～70 线巷道的不良地质探测见表1。

表1 -850m 水平沿线地质雷达波形图分析结果汇总表

表2 -850m 水平沿线高密度法分析结果汇总表

3 高密度电法探测结果

通过对-790m水平和-850m水平高密度电法图分析，61线～70线巷道的不良地质探测结果见表2。

4 测试结果比较

地质雷达法和高密度电法的异同：地质雷达法和高密度电法均为物探手段，都属于无损检测方法。所不同的是，地质雷达是基于电磁波理论，发射的遇到有电性差异（介电常数、电导率、磁导率不同）界面或目标体时即发生反射，反射波被天线接收进入接收机，并传到主机，主机对从不同深度返回的各个反射波进行放大、采样、滤波、数字迭加等一系列处理，可在显示器上形成一种类似于地震反射时间剖面的地质雷达连续探测彩色剖面；而高密度电法以围岩的电线差异为基础，通过程控式多路电极转换器选择不同的电极组合方式和不同的极距间隔，自动改变供电电极与测量电极的距离和位置，并进行叠加观测，以便测量不同深度的电位差值，并可实现资料处理与解释的计算机程序化，绘制的断面图异常突出，实现多参数的综合解释，可有效分析地质情况。

对比分析探测结果发现，所探测出的富水区基本一致，具体结果见结论。需要指出的是，高密度电法探测出的云图既可探测富水构造，也可以探测弱裂隙水区域；地质雷达也可以探测富水构造和弱裂隙水区，但是对多重富水区的探测存在困难。因此，实际工程可结合多种手段进行探测。

5 结论

结合地质雷达和高密度电法两种物探手段，综合分析了地质雷达波图像及高密度电法电阻率云图，巷道的整体不良地质和地下水探测总结如下：

（A）-790m 水平探测结果.

（1）富水区：

(Ⅰ)63 线左右15m 范围内（宽30m）,离左洞壁深约5m～12m，存在富水区。

(Ⅱ)64 线前后15m 范围内（宽约30m），离左洞壁深约10m～20m，存在富水区。

(Ⅲ)65 线往66 线整段范围内，离左洞壁深约11.5m，存在富水区。

(Ⅳ)66 线至67 线整段范围内，离左洞壁深约12.5m，存在富水区。

(Ⅴ)69 线往70 线5m～15m 范围内，离左洞壁深约12.5m，存在富水区。

（2）弱裂隙水区：

(Ⅰ)61 线往62 线方向9m～17m 范围内，离左洞壁深10m，存在弱裂隙水区。

(Ⅱ)70 线往71 线范围内0m～18m，离左洞壁深约12.5m，存在弱裂隙水区。

(Ⅲ)68 线往69 线9m～22m 范围内，离左洞壁深约9m，存在弱裂隙水区。

(Ⅳ)62 线前后6m 范围内（宽约12m），离左洞壁深约5m～15m，存在弱裂隙水区。

(Ⅴ)62 线往63 线20m～30m 范围内（宽约10m），离左洞壁深5m，存在弱裂隙水区。

（B）-850m 水平探测结果

（1）富水区：

(Ⅰ)61 线往62 线15m～35m 范围内（宽约20m），离左洞壁深约19m，存在富水区，并往矿体内部延伸。

(Ⅱ)62 线往63 线12m～24m 范围内（宽12m），离左洞壁深约5m～10m，存在富水区。

(Ⅲ)63线往64线方向35m～50m范围内，离左洞壁深约10 m，存在富水区。

(Ⅳ)64 线往65 线40m～50m 范围内（宽10m），离左洞壁深约5m～10m，存在富水区。

(Ⅴ)65 线往66 线方向整段范围内，离左洞壁深约11.5m，存在富水区。

(Ⅵ)66 线往67 线0m～15m 范围内（宽约15m），离左洞壁深约8m，存在富水区。

(Ⅶ)68 线往69 线方向20m～50m 范围内，离左洞壁深约8m，存在富水区。

(Ⅷ)69 线往70 线方向整段范围内，离左洞壁深约6m，存在富水区。

（2）弱裂隙水区：

(Ⅰ)61 线往62 线方向0m～13.5m 范围内，离左洞壁深约12m，存在弱裂隙水区。

(Ⅱ)62 线往63 线方向4.5m～12m 范围内，离左洞壁深约10m，存在弱裂隙水区。

(Ⅲ)63线往64线方向8m～35m范围内，离左洞壁深约10 m，存在弱裂隙水区。

(Ⅳ)64线往65线方向0m～40m范围内，离左洞壁深约11 m，存在弱裂隙水区。

(Ⅴ)66 线往67 线方向15m～50m 范围内，离左洞壁深约13m，存在弱裂隙水区。

(Ⅵ)67 线往68 线方向21m～50m 范围内，离左洞壁深约16m，存在弱裂隙水区。

此外，66 线往67 线方向13m～19m、30m～39m 围岩存在不连续结构面，整体性差；67 线往68 线方向20m～50m 范围内围岩存在不连续结构面，整体性差。