王璐 崔明飛 胡創(chuàng)業(yè) 陳琦 王銘遠(yuǎn) 徐廣東 高升 鄭巖巖 李寧

摘要：經(jīng)濟社會發(fā)展，對能源的需求越來越大。資源危機問題變得越來越突出。為了探尋危機礦山可接替資源，在礦山坑道中引入井下綜合物探技術(shù)，充分利用礦山坑道有利條件，結(jié)合實際，組合應(yīng)用自然電位法、視電阻率法、激發(fā)極化法、充電電位法以及淺層地震等物探方法技術(shù)，解決生產(chǎn)礦山礦體產(chǎn)狀與延伸問題，尋求危機礦山接替資源，獲得較好的找礦效果。通過研究發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)礦山巷道掘進(jìn)以及找礦工作中，綜合物探技術(shù)發(fā)揮著十分重要的作用，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：綜合物探方法；礦山探礦；接替資源

經(jīng)濟社會發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求越來越大，與此同時找礦難度也在提升。在找礦工作中，運用單一的技術(shù)手段，很難適應(yīng)當(dāng)前礦山立體找礦與探尋危機礦山接替能源的需求。通過大量的工作實踐，坑道探礦過程當(dāng)中應(yīng)用井下綜合物探技術(shù)，能夠有效控制和減少坑道各類干擾因素帶來的影響，提高物探效率和質(zhì)量，提高礦山探礦水平，這對合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1.坑道綜合物探方法原理

1.1坑道自然電位法

自然電位法操作起來非常簡單而且實用。圖1是直立板狀礦體自然電場空間分布的物理場模式。其中電流線用虛線表示，等位線為實線，距離利用x表示。研究發(fā)現(xiàn)，垂直極化時，觀測礦體上側(cè)為負(fù)異常，正異常主要出現(xiàn)在下側(cè)。礦體中部沒有顯示電位，一正一負(fù)異常主要出現(xiàn)在平行極化軸方向上，野外常見斜極化現(xiàn)象，斜度變化對空間場分布具有較大影響。自然電場受到地表影響，由淺部到深部電流線擠壓受到極化強度和上部空間空氣影響。通過綜合研究發(fā)現(xiàn)，巷道影響造成電位絕對值出現(xiàn)改變，不會對分布形態(tài)造成影響，所以坑道通常不會對定性分析造成影響，同時由于不同的觀測方式，可以通過不同方位觀測坑道1、坑道2的整體空間，對礦體空間賦存有效地進(jìn)行判斷。

1.2坑道充電法

該方法和深部充電法非常類似，通道中通常存在礦體露頭，可以對較好的礦體露頭進(jìn)行充電，在對礦體充電過程中，觀測時可以在同一坑道，以及不同坑道和地面開展相應(yīng)的觀測工作，保證更加全面地獲取相關(guān)信息。可以簡單地進(jìn)行布極，借助電位以及電位梯度開展相應(yīng)的觀測工作，保證工作效率，具有較大的延伸深度，對已知礦體延伸和礦體存在的連通性以及尋找盲礦體具有非常大的優(yōu)勢。

1.3坑道電阻率法

該方法在探測過程中，通過基于礦石巖石具有的電性差異性，有效地反應(yīng)低阻良導(dǎo)礦體和高阻石英脈型金礦體，而且還能依照各種極距，對各種深度地質(zhì)體開展探測工作。

1.4坑道激發(fā)極化法

該方法是借助礦石以及巖石激電效應(yīng)存在的差異性，對大地積電效應(yīng)進(jìn)行觀測與研究，對地下地質(zhì)問題進(jìn)行探查，這一方法稱之為激電法，參數(shù)為ηs。

ηs = [ΔV 2（T，t）/ΔV（T）]×100%

其中ΔV2（T，t）是供電時間T于斷電之后t這段時間，獲取的二次電位差；ΔV =ΔV1+ΔV2（T），屬于供電一次和二次電位差之和，為總場電位差。

觀測坑道過程當(dāng)中，K值會影響到二次電位以及總場電位，造成的影響是非常類似的。所以在進(jìn)行ηs公式計算過程當(dāng)中，K值不會影響ηs。然而，因裝置系數(shù)出現(xiàn)改變，可以通過相應(yīng)的極距大小，對反映空間范圍進(jìn)行確定。

1.5坑道淺層地震法

該方法主要包括直達(dá)透射波法以及淺震反射波法。淺震反射波法在應(yīng)用過程當(dāng)中是借助應(yīng)力波反射原理，即通過坑壁在敲擊以及爆炸因素影響下，發(fā)出應(yīng)力波激，在介質(zhì)中應(yīng)力波向外傳播，在遭受波阻抗Z產(chǎn)生的界面變化時，應(yīng)立波出現(xiàn)反射，將傳感器安裝在同一坑道坑壁，對反射信號進(jìn)行接收，處理分析這些數(shù)據(jù)，便能了解和掌握波主界面空間實際分布。對波阻抗變化界面深度（Hx）進(jìn)行計算，Hx=（c·tx）2-L2/2.是主要的計算公式。公式當(dāng)中巖石，礦物應(yīng)力波波速為c；反射波雙程走時為tx；激發(fā)反射波到接收點相關(guān)距離為L。礦山施工過程當(dāng)中，工業(yè)電場以及設(shè)施和電機車不會對淺鎮(zhèn)反射波法造成影響，可以合理便捷地進(jìn)行布設(shè)，通過不同方向測量坑底以及3個坑壁，對異常體方位精準(zhǔn)判定。直達(dá)透射波法是將應(yīng)力波在某一坑到坑壁激發(fā)之后，在相鄰各種方位，對于透射波進(jìn)行接收，地震波ct成像技術(shù)是重要的方法，但是布設(shè)工作非常復(fù)雜，同時具有復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理特征。

2.應(yīng)用實例

2.1礦體規(guī)模確定過程中，利用自然電位法和充電法完成

現(xiàn)已經(jīng)揭露某礦段頂部銅礦體8中段、7副中段、6中段4巷，對這一礦體規(guī)模進(jìn)行確定，有利于采掘設(shè)計工作。

（1）測區(qū)地質(zhì)。雜質(zhì)板巖（黑山組）在研究區(qū)坑道平面出露，同時還有紫色板巖（因民組）出露，還出露白云巖（泥沙質(zhì)）以及中粒硅化白云巖和中厚層細(xì)粒白云巖。斷裂在研究區(qū)比較發(fā)育，主要包括2組，分別為EW與SN向展布。

（2）物探成果解釋。7副中段是典型的剖面，倒“S”形一負(fù)一正曲線形態(tài)與之相對應(yīng)，負(fù)值區(qū)主要出現(xiàn)在硅質(zhì)層銅礦體上延頭部，正值區(qū)主要出現(xiàn)在下延尾部礦體區(qū)，負(fù)值區(qū)和正值區(qū)相比存在明顯的差異，由于存在很多礦體，自電ΔVm曲線在8中段沒有較為明顯的反應(yīng)。這樣通過充電電位法，對礦體直接充電，通過充電和自電法利用，圈定出硅質(zhì)層銅礦體規(guī)模，通過鉆孔以及坑道驗證，礦體圈定延伸邊界較為準(zhǔn)確（圖2）。

2.2利用坑內(nèi)充電法圈定某金礦富集帶及其產(chǎn)狀

在隱爆角礫巖筒中，4號隱爆角礫巖筒體具有較大的規(guī)模，通過30m×60m網(wǎng)度進(jìn)行鉆探控制，圈定出十個金礦體，在320m～560m標(biāo)高位置上分布，并從上到下，對580m與550m兩個探采中段進(jìn)行開拓，中斷內(nèi)有約30m～60m的間距，通過坑道驗證，將圈定的礦體進(jìn)行對比，沒有較大差異，臨近的坑道礦體無法有效連接，不能對單個礦體走向傾向以及規(guī)模進(jìn)行確定，在巖塊“膠結(jié)物條縫”中賦存礦化體，巖體當(dāng)中角礫有的為數(shù)厘米，有的為數(shù)米，具有不同的大小形狀，也存在很大差異性，還具有不規(guī)則的交接條縫。因此將這些礦體形狀，稱之為龜裂紋狀和壩基石縫狀，為了將“壩基石縫狀”金礦體實際走向以及傾向與傾伏方向等進(jìn)行確定，通過坑道充電試驗來實現(xiàn)。依照礦區(qū)當(dāng)中兩個中斷，有30m的垂距條件，通過充電法對兩個中斷進(jìn)行觀測，通過參考同一充電點以及同一電位零值，充電點沒有礦段。

（1）通過分析1580m中段和550m中段充電電位分布特征以及580m中段電位等值線可以看出，在充電點的東側(cè)分布充Ⅰ號異常等值線，充電點通過扇形擴展向外，角礫巖筒體走向和其長軸方向相類似。電位等值線收斂于充電點處，提示充電體西側(cè)有尖滅特征，具有非常陡峭的傾角，向07號線延伸內(nèi)圈400 mVΠA等值線，顯示07線是重要的充電體，依照550m中斷充電電位等值線進(jìn)行分析研究，電位等值線5處，規(guī)模較大的為Ⅰ′等值線，剩下的規(guī)模都比較小。

（2）充電電位立體空間分布。通過虛線投影的形式把550m中段充Ⅰ′異常在580m中段進(jìn)行投影，不難發(fā)現(xiàn)：

a.在空間位置上Ⅰ和Ⅰ′電位等值線，呈現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系，充Ⅰ中心偏移向北側(cè)，兩者具有相同的中心異常圈和角礫巖長軸具有一致的方向，這些特征顯示，走向延伸上異常的礦體富集帶和角礫巖體長軸具有類似特征，具有向北側(cè)傾斜的產(chǎn)狀特征，充分考慮具有異常的特點，對礦化富集帶具有的走向方位角以及傾角和傾伏角進(jìn)行估算，對礦化體產(chǎn)狀問題有效解決。

b.電位值的垂直梯度通過垂直斷面進(jìn)行估算。550mV/A電為中心極值主要出現(xiàn)在580m中段，而260mV/A電為中心值主要出現(xiàn)在500m中段，依照垂直30m進(jìn)行計算，每米有約10mV的電位衰減。雖然通過這種方式進(jìn)行估算不是非常準(zhǔn)確，然而能夠?qū)⒆優(yōu)樗p速率有效的顯示出來，充電體屬于不等位體，礦化體沒有從上中段向下中斷進(jìn)行延伸。

c.Ⅰ′中的220mV/A電位等值線主要分布在1550m中段，具有十分廣泛的分布，同時還有很多中心存在。下中段以及上中段具有廣泛的礦化富集帶，可以更加全面了解和掌握礦體分布空間。

2.3利用視電阻率法和激發(fā)極化法尋找盲礦體

某一礦區(qū)2690m中段23，24，25川脈工程是為了對空礦進(jìn)行普查而設(shè)計的，通過施工發(fā)現(xiàn)礦化點主要分布在24川脈，其他的工程沒有建礦，利用激發(fā)極化法以及視電阻率法開展相應(yīng)的觀測工作，是極化率異常主要出現(xiàn)在23、24、25川脈的5～9號點、0～4號點、0～5號點，視電阻率ρs曲線與之相對應(yīng)，具有低阻特點，n×10Ω·m是其電阻率值，可以將異常體存在的良導(dǎo)特征充分顯示出來。

充分考慮地質(zhì)的資料，F(xiàn)2斷層上盤（NE向）是異常的主要分布部位，該斷層主要呈現(xiàn)315°傾斜，角度在70°。依照巖性進(jìn)行分析，輝綠輝長巖是異常出露的主要地段，主要為蝕變巖，鈦輝長巖體主要分布在北西側(cè)區(qū)域上，以上這些構(gòu)造與巖性是產(chǎn)出礦體的主要部位，所以成礦有利地段具有明顯的異常特征。根據(jù)測區(qū)已知礦體產(chǎn)出特點，23～25川脈坑道下方是主要的異常賦存區(qū)域，礦體有約10cm的厚度，有約100m走向長度異常，是由于隱伏銅礦體所導(dǎo)致，通過相應(yīng)的驗證工作發(fā)現(xiàn)，工業(yè)礦體主要出現(xiàn)在下部約20m的區(qū)域（圖3）。

2.4某錫礦礦體延伸和產(chǎn)狀通過淺鎮(zhèn)反射波法進(jìn)行判斷

該礦面積達(dá)到40km2，是一個老礦區(qū)，也是一個重要的生產(chǎn)礦區(qū)，T2K51是主要的生產(chǎn)工作地層，石灰?guī)r和大理巖比較發(fā)育，白云巖在部分地段互層，達(dá)到3000mΠs～6000mΠs地震波波速，土狀氧化礦是其主要的礦石特點，n×10～n×102m/s為主要的地震波。通過研究發(fā)現(xiàn)，礦石以及圍巖波速差異比較顯著，對淺震反射波法應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)，通過這一地段工作，主要對7-1號礦體，這一礦體已經(jīng)揭露上部+50m中段，然而礦體的下延情況沒有得到充分明確，對這一情況，通過淺震等偏移距反射波法來測定0號巷道東部的坑壁與Ⅱ號巷道南部的坑壁。

通過研究發(fā)現(xiàn)，反射信息具有兩個，3ms主要開始與測點55號直到測點6號18ms處相反射軸，同時與深部36ms處，到55號測點深部有二次反射軸存在，線性界面反射信號非常典型，通過計算這一位置的圍巖是3682mΠs的波速；tx=28ms（25號測點深處）有一個弧形存在，異常反射非常強烈，體現(xiàn)出透鏡體以及溶洞的典型反射信號，對該處進(jìn)行推測，存在軟弱透鏡體，達(dá)到50m的埋深。綜合分析研究，+50m中段7-1號礦體是該透鏡體。

3.結(jié)語

坑道物探方法與地面物探方法相比，具有以下優(yōu)點：

a.通過全空間不同的方位觀測，綜合利用立體空間信息，有效地判定礦體空間位置、礦體的延伸及其礦體間的連通性；此外，勘探深度增大。

b.可根據(jù)不同的條件，采取各種不同的方法組合，能達(dá)到快速、準(zhǔn)確判斷礦體規(guī)模和產(chǎn)狀的目的。

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