綜合物探在金屬礦采空區(qū)勘查中的應(yīng)用及難點(diǎn)分析

萬佳明

（正業(yè)設(shè)計(jì)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

在金屬礦開采過程中，隨著開采工作的不斷進(jìn)行，開礦的范圍和深度不斷增加，大量的金屬礦石被開采出，相應(yīng)的就會(huì)產(chǎn)生越來越多的采空區(qū)。面對(duì)金屬礦中的采空區(qū)，如不能及時(shí)的將其勘察出來并采取合理的措施予以處理，極有可能會(huì)對(duì)后續(xù)的開采工作以及當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、居民生活產(chǎn)生巨大的影響，而采用何種有效的勘察方法一直以來也是地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱門。本文即在此背景下，提出了一種將高密度電阻率法、地震映像以及探地雷達(dá)探測(cè)有效結(jié)合的綜合物探方法，并且將其應(yīng)用于一個(gè)實(shí)際的金屬礦的采空區(qū)勘察中，以下為詳細(xì)研究?jī)?nèi)容。

1 金屬礦采空區(qū)及綜合物探法概述

1.1 金屬礦采空區(qū)概述

采空區(qū)是指礦山因?yàn)樘烊坏牡刭|(zhì)運(yùn)動(dòng)或是人為的挖掘運(yùn)動(dòng)而在地標(biāo)下產(chǎn)生的空洞，金屬礦采空區(qū)即指在金屬礦山產(chǎn)生的采空區(qū)。

在礦山的日常生產(chǎn)中采空區(qū)的存在會(huì)導(dǎo)致極大的潛在安全問題存在，如果不能準(zhǔn)確的勘察出采空區(qū)的位置，礦山生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備以及生產(chǎn)人員都可能會(huì)掉進(jìn)采空區(qū)中，而出現(xiàn)財(cái)產(chǎn)以及人身安全的事故[1]。

因?yàn)榻饘俚V的采空區(qū)多位于地下，具有空間分布特征規(guī)律性差、潛伏性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此在金屬礦采空區(qū)的預(yù)測(cè)上一直都面對(duì)著很大的難度。因此，采取何種的勘察方法，對(duì)金屬礦地下采空區(qū)的空間形態(tài)特征、分布范圍以及危害性進(jìn)行精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)是現(xiàn)階段提高金屬礦開采安全性必須解決的關(guān)鍵性問題之一。

1.2 綜合物探法概述

綜合物探全稱為綜合地球物理勘探，是一種綜合性的物理勘察方法，具體是指為獲得最佳勘探效果為目的，針對(duì)于既定的勘探任務(wù)和對(duì)象，所采用的一種多種物理勘探方法的組合。

綜合物探的優(yōu)勢(shì)在于可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)單一物理勘探方法存在的一些缺陷，實(shí)現(xiàn)不同物理勘探方法之間的優(yōu)劣互補(bǔ)，以達(dá)到勘探效果的優(yōu)化。現(xiàn)階段應(yīng)用于金屬礦采空區(qū)上的物理勘探方法眾多，諸如地震映像法、探地雷達(dá)法、高密度電阻率法等都是得到廣泛應(yīng)用的勘探方法。但由于受采空區(qū)所處地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、自身的物性變化等多方面的因素影響，各種單一的勘察方法在使用過程中使用效果不佳。在實(shí)際的金屬礦采空區(qū)的勘探中多采用多種物理勘探相結(jié)合的綜合物探方法以提高勘探效果。

2 金屬礦采空區(qū)探測(cè)綜合物探法應(yīng)用難點(diǎn)

雖然綜合物探綜合多種物理勘探方法于其中，較之傳統(tǒng)的單一物探方法應(yīng)用于金屬礦的采空區(qū)勘探具有顯著優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際的使用過程中還是存在著一些難點(diǎn)，具體主要有三點(diǎn)。

2.1 勘探分辨率要求偏高

絕大多數(shù)的金屬礦都是熱液礦床，礦床的形態(tài)也多是脈狀，礦床的賦存位置十分復(fù)雜，和所在區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造之間存在著機(jī)密的關(guān)系。在開采后的采空區(qū)空間形態(tài)則是多呈現(xiàn)為大角度的斜層，采空區(qū)并不是連續(xù)的存在，而是廣泛分布，數(shù)量多、規(guī)模小，產(chǎn)生的影響范圍很大。這便要求綜合物探應(yīng)用其中時(shí)具備極高的分辨率，能夠?qū)Ω鱾€(gè)小規(guī)模的采空區(qū)一一的識(shí)別出來，這也是綜合物探應(yīng)用于金屬礦采空區(qū)勘探中首要存在的難點(diǎn)。

2.2 綜合物探方案最優(yōu)化較難

通過上文的論述可知綜合物探本身就是多種物理勘探方法的組合，因此在面對(duì)一個(gè)金屬礦采空區(qū)的勘探時(shí)，如何選擇最佳的物理勘探的組合也是綜合物探應(yīng)用的難點(diǎn)所在[2]。

而對(duì)于不同的金屬礦而言，其本身在多個(gè)方面也存在著顯著的差異，采空區(qū)也會(huì)呈現(xiàn)出不同的特征。因此，即使是在其他金屬礦采空區(qū)勘探上取得極佳效果的綜合物探方案也不一定能夠在所有的金屬礦中套用，針對(duì)于每一個(gè)金屬礦的采空區(qū)勘探都要針對(duì)性的確定適用綜合物探法，這本身就具備一定的難度。

2.3 勘探數(shù)據(jù)后期處理難度較大

和傳統(tǒng)單一物理勘探方法所獲取的單一勘探成果數(shù)據(jù)不一樣，綜合物探因?yàn)楸旧碓诮饘俚V采空區(qū)的勘察中采用了多種勘探方法，相應(yīng)的也會(huì)獲取到多個(gè)不同的勘探數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在基本性質(zhì)、呈現(xiàn)方式等方面都會(huì)存在明顯的差異，而如何合理的對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性的處理，有效的融合，使其最為生動(dòng)的將所勘探金屬礦采空區(qū)的特征呈現(xiàn)出來，也是一項(xiàng)具有較高難度的工作。

3 研究金屬礦區(qū)簡(jiǎn)介及數(shù)據(jù)采集

3.1 研究金屬礦區(qū)簡(jiǎn)介

本研究所選擇的金屬礦位于內(nèi)蒙古大興安嶺，為一金礦。礦區(qū)內(nèi)的賦礦巖石主要有黃鐵礦化蝕變巖、黃鐵礦化石英脈兩種，在長期的開采中，目前在該金屬礦內(nèi)已經(jīng)存在很多的采空區(qū)，從影響范圍上觀察，采空區(qū)的影響范圍很大，接近20萬平方米。

3.2 數(shù)據(jù)采集方法

在對(duì)研究區(qū)金屬礦采空區(qū)勘探綜合物探法的選擇上通過對(duì)研究區(qū)的分析，確定采用高密度電阻率法、探地雷達(dá)探測(cè)、地震映像法相結(jié)合的綜合物探法對(duì)礦床的采空區(qū)進(jìn)行勘探，完成礦床采空區(qū)數(shù)據(jù)的采集。

4 數(shù)據(jù)處理與反演

在通過綜合物探法進(jìn)行研究區(qū)金屬礦采空區(qū)數(shù)據(jù)后，擬通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的方式來提升測(cè)試數(shù)據(jù)二維繁衍階段的精準(zhǔn)性，在預(yù)處理階段的主要工作為對(duì)勘探數(shù)據(jù)中存在的畸變點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的去除[3]。

在文章所采用的高密度電阻率法的使用過程中，本身是不會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模的突變畸變點(diǎn)的，且所產(chǎn)生的等值線也會(huì)十分平緩，在低阻和高阻區(qū)都是以漸變的方式呈現(xiàn)。探地雷達(dá)和地震映像兩者在勘探中的異常區(qū)域則是會(huì)出現(xiàn)搓動(dòng)和分叉的異常情況，但是在同相軸上則是呈現(xiàn)為平緩，異常區(qū)一直存在，并不會(huì)出現(xiàn)大幅的搓動(dòng)和震蕩的情況。即意味著如果不對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，很難提升勘探的精準(zhǔn)性。因此，在二維反演處理之前應(yīng)當(dāng)對(duì)所獲取勘探數(shù)據(jù)中的異奇點(diǎn)、飛點(diǎn)、弧值畸變點(diǎn)這類質(zhì)量較差的點(diǎn)予以剔除，作為預(yù)處理工作。

在完成對(duì)原始勘探數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，即通過二維反演的方式對(duì)研究區(qū)金屬礦采空區(qū)的情況進(jìn)行反演，并通過使用PA、Geosft的三維可視化軟將其生動(dòng)的呈現(xiàn)出來。圖1為高密度電阻率法所獲得的高密度電阻率法視電阻率反演分布圖，將低阻和低速兩個(gè)指標(biāo)作為主要的識(shí)別指標(biāo)，研究所選的金屬礦中存在異常區(qū)域十六個(gè)，結(jié)合既有的地質(zhì)資料，即通過采用高密度電阻率法、探地雷達(dá)探測(cè)、地震映像法相結(jié)合的綜合物探法判斷在研究區(qū)金屬礦區(qū)內(nèi)一共存在十二個(gè)采空區(qū)。為驗(yàn)證本文所提出綜合物探法的精準(zhǔn)性，對(duì)所判斷的十二個(gè)采空區(qū)采用鉆孔的方式進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)其中十個(gè)均為采空區(qū)，本文所提綜合物探法測(cè)準(zhǔn)確率探達(dá)到83.3%。

圖1 高密度電阻率法視電阻率反演分布圖

5 結(jié)語

綜上所述，文章首先對(duì)金屬礦采空區(qū)及綜合物進(jìn)行概述，然后通過案例分析的方式，以一個(gè)實(shí)際的金屬礦區(qū)為例就綜合物探在金屬礦采空區(qū)勘查中的應(yīng)用及難點(diǎn)展開詳細(xì)的論述，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：綜合物探是指以獲得最佳勘探效果為目的，針對(duì)于既定的勘探任務(wù)和對(duì)象，多采用的一種多種物理勘探方法的組合。

金屬礦采空區(qū)探測(cè)綜合物探法應(yīng)用難點(diǎn)集中于勘探分辨率要求偏高、綜合物探方案最優(yōu)化較難、勘探數(shù)據(jù)后期處理難度較大三個(gè)方面。

本文所提出綜合物探法探在研究金屬礦礦區(qū)采空區(qū)的探測(cè)中取得了83.3%的測(cè)準(zhǔn)確率探，明顯高于傳統(tǒng)單一物理勘探法的探測(cè)準(zhǔn)確率，值得推廣使用。