馬德明

[摘 要]文章介紹了應(yīng)用高密度電法與地震映像法對(duì)弓長(zhǎng)嶺鐵礦采空區(qū)探測(cè)的方法技術(shù)及應(yīng)用效果。論述了地震映像法具有數(shù)據(jù)采集速度快、抗干擾能力強(qiáng)、勘探深度不受限制、資料處理速度快、地震波對(duì)采空區(qū)的頂板界定反映敏感，可根據(jù)波形和同相軸特征推斷洞穴的頂部埋深。高密度電法有一定的游散電流干擾，兩種方法恰可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，相互借鑒，互相印證。

[關(guān)鍵詞]采空區(qū)；高密度電法；地震映像法；游散電流

中圖分類號(hào)：D785 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）11-0006-01

引言

弓長(zhǎng)嶺鐵礦是一個(gè)開(kāi)采歷史很久的老礦區(qū)，多年的地下開(kāi)采已經(jīng)形成了

多處不同大小及深度的采空區(qū)。由于受長(zhǎng)期風(fēng)化、應(yīng)力等因素影響已造成巖層形變、地面扒裂，局部充水或塌陷，公路及民宅受損，嚴(yán)重危及礦區(qū)大型設(shè)備及人身安全。因此礦山面臨的首要任務(wù)是查明礦區(qū)采空區(qū)的位置、形態(tài)及規(guī)模，為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估、防治以及今后的地下資源的合理開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)性資料。

根據(jù)任務(wù)要求，物探投入了高密度電法和淺層地震映像法工作，通過(guò)精心探查對(duì)發(fā)現(xiàn)的16個(gè)采空區(qū)異常進(jìn)行深部驗(yàn)證，取得的地質(zhì)效果是令人滿意的。

1 測(cè)區(qū)概況與物理?xiàng)l件

測(cè)區(qū)位于該礦區(qū)的主平臺(tái)上。該平臺(tái)局部堆積的是鐵礦石和毛石。采礦的掌子面大致位于平臺(tái)的中南部，形成近10m高陡崖，采坑堆積了經(jīng)碾壓的碎石土，構(gòu)成了南東寬、北西窄的地貌單元。陡崖及凸凹不平的地貌給高密度、淺震布線和測(cè)量著實(shí)帶來(lái)了極大的困難。

測(cè)區(qū)主要巖石是角閃巖和片巖。角閃巖厚度多為20-30m；片巖巖性變化大，內(nèi)夾1-2層透鏡體狀透閃磁鐵石英巖，厚度40-80m。物探應(yīng)用的前提條件是基于目標(biāo)物與圍巖的物性差異，當(dāng)采空區(qū)沒(méi)充水顯示絕對(duì)高阻，其視電阻率值要高于磁鐵石英巖、角閃巖和片巖的電阻率值；相反，若采空區(qū)充水，則視電阻率值要低于磁鐵石英巖、角閃巖和片巖的電阻率值。而人工形成的地震波在巖石與采空區(qū)中傳播速度具有明顯差異，具備高密度電法與地震映像法應(yīng)用的前提條件。

2 方法技術(shù)

高密度電法測(cè)量使用重慶廠生產(chǎn)的DUK-2多功能電法儀，測(cè)量參數(shù)為視電阻率，裝置采用溫納四極方式，線距5m，點(diǎn)距3m。最大隔離系數(shù)為20，每組電極總數(shù)為120根，最大勘探深度為60m，供電電源為三菱牌MGE2901型2.4KW發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)DZ-2型整流源整流后對(duì)地供電，數(shù)據(jù)處理軟件為RT/RTMApper ForWindows Version 2.3的視電阻率成像與圖示系統(tǒng)（如圖1）。

淺震測(cè)量采用重慶奔騰數(shù)控研究所生產(chǎn)的WZG-24工程地震儀，線距5m，點(diǎn)距1m，偏移距16m。采樣間隔200μm，采集點(diǎn)數(shù)2048個(gè)。分析軟件為北京科研所研制的CSP5.1淺反處理軟件，反射波映像法數(shù)據(jù)利用CSP5.1處理軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后，在進(jìn)行干擾信號(hào)的濾除，然后進(jìn)行頻率濾波濾掉低頻和高頻波干擾，并進(jìn)行增益均衡時(shí)深轉(zhuǎn)換等一系列處理，最后形成影像剖面圖。

測(cè)線方位為310°，測(cè)線布設(shè)21條線；北西為小號(hào)，南東為大號(hào)，淺震與高密度剖面線重合。

3 資料分析與解譯

異常解釋推斷依據(jù)是根據(jù)已知采空區(qū)高密度和地震映像異常特征進(jìn)行綜合分析。在視電阻率斷面圖上，根據(jù)視電阻率值范圍、異常形態(tài)特征圈出電性異常，結(jié)合已知地形地質(zhì)資料大致判斷目標(biāo)物的位置。在定性分析的基礎(chǔ)上，用RT/RTMApper ForWindows Version 2.3高密度視電阻率成像與圖視系統(tǒng)進(jìn)行反演。把各條剖面推出的異常投影到地表，按照與勘探線的對(duì)應(yīng)關(guān)系把異常落到推斷成果平面圖上，結(jié)合地質(zhì)情況形成異常推斷成果圖。地震映像斷面圖是依據(jù)地震波同相軸錯(cuò)動(dòng)、同相軸局部缺失、局部反射波形、反射波頻率振幅的變化特征，將推斷出的異常垂直投影到地表位置，根據(jù)異常頂部反射波的旅行時(shí)間和圍巖的波速值，計(jì)算出異常的頂部埋深。最后結(jié)合高密度電法資料綜合分析采空區(qū)的空間分布特征。

本次探測(cè)查出了16個(gè)采空異常和8條破碎帶，經(jīng)鉆孔驗(yàn)證地質(zhì)效果較好。本文以5號(hào)異常為例介紹采空區(qū)地震映象、高密度電法的異常特征。

3.1 異常特征

測(cè)區(qū)巖層風(fēng)化程度很不均勻，圍巖蝕變變化較大。由已知高密度試驗(yàn)斷面圖可知，采空區(qū)分布的異常大部分為中高電阻率值域范圍內(nèi)，靠近斷裂構(gòu)造的采空區(qū)呈現(xiàn)低電阻率，往往是因充填地下水而導(dǎo)致低電阻率值，當(dāng)采空區(qū)無(wú)水則顯示明顯的高阻值（6號(hào)異常）。

由高密度電阻率斷面等值線圖1可以看出，淺部反映較凌亂不均勻的異常是第四系松散層或破碎的礦石及圍巖引起，局部的高阻體是未充水的碎石回填坑。斷裂帶因相互錯(cuò)動(dòng)，巖層受到破壞，顯示較低電阻率值（F6、F7、F8）。

5號(hào)異常中心位于74m處，水平范圍：12-13m；垂直范圍：8-9m。異常呈高阻顯示，最高阻達(dá)10000Ω.m以上，可見(jiàn)該采空區(qū)未充水。

圖2是同剖面的地震映象剖面圖，在68-80m范圍內(nèi)，采空區(qū)由于原始巖層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，結(jié)構(gòu)被破壞使得物理特性發(fā)生改變，地震波在通過(guò)采空區(qū)時(shí)，產(chǎn)生同相軸出現(xiàn)缺失、錯(cuò)動(dòng)，偶爾波形發(fā)生繞射，異常兩側(cè)同相軸向下彎曲、異常中心部位同相軸向上凸起；而在采空區(qū)異常下方，地震波振幅減小?？梢?jiàn)地震映象所反映的5號(hào)異常位置、頂部埋深與高密度異常基本吻合。此外，位于該異常左側(cè)的F8斷裂帶處，地震波同相軸也有明顯錯(cuò)動(dòng)，同相軸有出現(xiàn)缺失現(xiàn)象，說(shuō)明了F8存在的可靠性。

3.2 鉆探驗(yàn)證

共驗(yàn)證5個(gè)鉆孔，驗(yàn)證內(nèi)容為采空區(qū)、采空巷道和巖石破碎程度等。ZK3孔是驗(yàn)證5號(hào)異常的，孔深30m。其驗(yàn)證結(jié)果如下：

0.0～4.8m，巖石破碎；4.8～16.3m，微風(fēng)化角閃巖、片巖；16.3～17.5m，透閃磁鐵石英巖；17.5～24.1m，采空巷道，充填碎石（無(wú)水）；24.1～30.2m，透閃磁鐵石英巖。該孔驗(yàn)證結(jié)果與探測(cè)結(jié)果基本吻合。

4、結(jié)束語(yǔ)

（1）應(yīng)用高密度電法、地震映像法探測(cè)采空區(qū)方法是可行的。為礦山的地災(zāi)治理與防護(hù)提供了指導(dǎo)性資料。

（2）地震映像法具有數(shù)據(jù)采集速度快、抗干擾能力強(qiáng)、勘探深度不受限制、資料處理速度快，地震波反映采空區(qū)異常頂部界限比較清晰，可根據(jù)波形及同相軸繞射特征推斷采空區(qū)的頂部埋深。

（3）高密度電法具有電剖面和電測(cè)深法的雙重屬性，既可觀測(cè)地下一定深度的橫向電性變化，又觀測(cè)垂向電性變化，具有信息量豐富、效率高成果直觀等優(yōu)點(diǎn)。它對(duì)物理場(chǎng)條件要求比較嚴(yán)格，適宜開(kāi)闊平坦的場(chǎng)地，外電場(chǎng)干擾小，接地條件好，有明顯的視電阻率差異等。

（4）本區(qū)由于探測(cè)的目標(biāo)物和圍巖之間有明顯的電阻率差異，為高密度電法應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，但微弱的游散電流顯示，局部的基巖裸露，也給電法數(shù)據(jù)采集和布極帶來(lái)一定影響。而就淺震游散電流對(duì)其不夠成危害，裸露的基巖反倒給它增加了幾分優(yōu)越?？梢?jiàn)方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)在一定條件下是保證探測(cè)資料取得成功的關(guān)鍵。淺層地震映像法在本區(qū)發(fā)揮了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)作用，起到了互相補(bǔ)充，互相印證和互相借鑒的作用。

參考文獻(xiàn)

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