劉春琦，解聯(lián)庫，萬串串

(1.河北金廠峪礦業(yè)有限責(zé)任公司，河北唐山064307;2.北京礦冶研究總院，北京100160)

小線框瞬變電磁法在河北某金礦采空區(qū)探測中的應(yīng)用

劉春琦1，解聯(lián)庫2，萬串串2

(1.河北金廠峪礦業(yè)有限責(zé)任公司，河北唐山064307;2.北京礦冶研究總院，北京100160)

介紹了目前利用物探技術(shù)探測金屬礦采空區(qū)的研究現(xiàn)狀。分析了河北某金礦采空區(qū)的地質(zhì)與電性特征，由于地形條件復(fù)雜，選擇利用小線框瞬變電磁法對采空區(qū)進行探測，取得了較好的應(yīng)用效果。

小線框;瞬變電磁法;金礦;采空區(qū)

河北某金礦位于唐山市遷西縣。為了提高淺部資源的回采率，該礦擬對其淺部進行露天開采。由于歷史開采形成的采空區(qū)威脅到露天開采的安全，需要對該露天坑范圍埋深100 m以內(nèi)的采空區(qū)進行勘查。

根據(jù)金屬礦采空區(qū)的不同情況和不同的地表條件，諸多研究人員開展了應(yīng)用高密度電法、地震映像法和瞬變電磁法等方法探測金屬礦采空區(qū)的應(yīng)用研究。閆長斌等(2005)提出以探地雷達(dá)和瑞雷波法為主的綜合探測技術(shù)，探測廠壩鉛鋅礦的復(fù)雜采空區(qū)群，其探測效果有較高的準(zhǔn)確度和精度［1］。彭朝暉等(2007)在對冀東地區(qū)沉積變質(zhì)鐵礦采空區(qū)的探測中，選用高精度磁法、電阻率剖面法、激發(fā)化法等方法，取得了較好的探測效果［2］。劉黎東等(2010)在邯長鐵路涉縣鐵礦采空區(qū)的探測中利用高精度重磁測量為主的綜合物探技術(shù)，取得了較為理想的應(yīng)用成果［3］。門業(yè)凱等(2010)運用高密度電阻率法和地震映像法對露天鐵礦采空區(qū)進行探測，推測出露天鐵礦生產(chǎn)區(qū)域地下40 m范圍內(nèi)空區(qū)的分布特征，彌補了單一高密度電阻率法存在的探測盲區(qū)、易受干擾和單一地震映像法存在的定位復(fù)雜等不足［4］。楊義彪等(2010)運用瞬變電磁法對鞍山地區(qū)的某大型露天鐵礦采空區(qū)進行了探測應(yīng)用研究［5］。牛超等(2010)在對山東某金礦采空區(qū)現(xiàn)場探測過程中，選取了效果最為明顯的三極觀測裝置，取得了較好的效果［6］。張善法等(2010)應(yīng)用瞬變電磁法在山東某金礦尾礦庫安全隱患排查中探測采空區(qū)，探測結(jié)果顯示巷道為高阻異常區(qū)［7］。周楠楠等(2011)結(jié)合測區(qū)內(nèi)鐵礦采空區(qū)的特點，認(rèn)為充水后的鐵礦采空區(qū)的瞬變電磁響應(yīng)會表現(xiàn)為低電阻值特性，磁異常特性表現(xiàn)為高磁背景下的相對低磁響應(yīng)，使用V8電法儀對河北遵化地區(qū)的承唐鐵路沿線區(qū)域鐵礦采空區(qū)進行瞬變電磁的地球物理探測工作，并結(jié)合高精度磁法探測結(jié)果，劃分出鐵礦采空區(qū)位置［8］。韓連生等(2012)利用地震映像法對鞍山地區(qū)某大型露天鐵礦隱伏采空區(qū)進行探測，取得了良好的效果［9］。包乃利等(2013)在嵐縣淺層鐵礦采空區(qū)探測中，運用中心回線模式的納米瞬變電磁，采用小線框+小電流+合理的采樣間隔+淺層采樣時窗的方法，實現(xiàn)對沉積變質(zhì)鐵礦淺層采空區(qū)的探測［10］。殷偉偉等(2013)研究了應(yīng)用感應(yīng)類電磁法探測鐵礦采空區(qū)所表現(xiàn)出的地球物理特征，運用瞬變電磁法對山西省呂梁市嵐縣袁家村鐵礦采空區(qū)進行了探測實證［11］。王華鋒等(2013)以山東焦家金礦望兒山采空區(qū)為例，開展了以高密度電阻率法、地震映像和探地雷達(dá)探測為主的綜合探測試驗，試驗結(jié)果經(jīng)過鉆探驗證，效果良好［12］。

本文通過對金礦采空區(qū)的地質(zhì)與電性特征分析，結(jié)合地表條件，利用小線框瞬變電磁法對金礦的露天坑區(qū)域進行探測與分析，解釋結(jié)果與實際吻合較好。本論文的研究可以為類似金屬礦采空區(qū)的探測提供借鑒。

1 地質(zhì)與地球物理特征

1.1 地質(zhì)概況

該金礦床產(chǎn)于冀東太古界遷西巖群變質(zhì)巖系中，其主要巖性為斜長角閃巖、斜長角閃片麻巖、硅質(zhì)斜長角閃巖、石榴子石斜長角閃巖、混合巖化斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖及少量的磁鐵石英巖。本區(qū)巖石混合巖化普遍，屬區(qū)域性混合巖化作用，原地選擇性重熔性質(zhì)。此外，由韌性剪切作用形成的糜棱片巖在區(qū)內(nèi)也有較多分布。礦體主要分布在糜棱片巖以及貫穿在其中的強烈韌性變形的石英脈、鈉長石英脈及鈉長石脈中。

早期的遷西運動在整個冀東地區(qū)形成寬緩的東西向構(gòu)造，阜平運動構(gòu)成一系列的南北向構(gòu)造，而后期的燕山運動則以北東向的脆性斷裂為主。多期構(gòu)造的置換和疊加構(gòu)成礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。從總體看，礦區(qū)的主要構(gòu)造是呈北北東向延伸的韌性剪切帶及后期多組脆性斷裂帶。前者控制了金礦的分布及規(guī)模，與金礦化有密切關(guān)系，是本區(qū)最重要的控礦構(gòu)造，后者則在前者基礎(chǔ)上發(fā)展，或者對前者起破壞作用。

礦區(qū)內(nèi)沒有大的火成巖體，僅在礦區(qū)西部2 km處有燕山期青山口花崗巖體和西北部7 km處有賈家山花崗巖體。礦區(qū)內(nèi)主要出露脈巖相巖石。各種脈巖產(chǎn)出順序為偉晶巖脈→超基性巖脈(透輝石巖)→中基性巖脈(閃長巖)→鈉長石脈→石英脈→安山玢巖、煌斑巖脈。其中，與金礦化關(guān)系密切的主要有鈉長石脈、鈉長石英脈、石英脈，為成礦期形成［13－14］。

1.2 地球物理特征

在測區(qū)內(nèi)，金礦礦脈的導(dǎo)電性好，在視電阻率值上應(yīng)該為相對的低阻。當(dāng)?shù)叵碌V體被采出后，在巖體內(nèi)形成一個有一定規(guī)模的空間，此時的采空區(qū)為空洞。在采空區(qū)不充水的情況下，從電性上分析，其電阻率表現(xiàn)為高阻反映;在采空區(qū)充水的情況下，其電阻率值應(yīng)該為低阻反映。

在勘察范圍內(nèi)，采空區(qū)都不充水，依據(jù)采空區(qū)電性特征，查找本次金礦采空區(qū)的問題實際就是尋找高電阻率異常的問題。

綜上所述，就礦區(qū)地質(zhì)、電性特征分析，用電法探測采空區(qū)及相關(guān)情況，具有一定的電性前提條件。

2 方法儀器選擇與工作布置

測區(qū)位于金礦的露天坑區(qū)域，地形陡峭，地表基本是垮落與剝離的碎石(見圖1)，接地效果極差，結(jié)合采空區(qū)勘查任務(wù)，選用瞬變電磁法進行本次勘探。地形陡峭，大框的瞬變電磁法也無法開展工作，因此選擇了小框瞬變電磁法。

圖1 測區(qū)地表情況Fig.1 Surface conditions of test area

本次瞬變電磁法勘探的基本線距為20 m，基本測點間距為2 m，由于受地形陡峭與地面碎石堆的影響，有些區(qū)域未能布置測點。本次探測選擇了EMRS-3型瞬變電磁法儀，采用3 m×3 m的小線框進行工作。

3 探測結(jié)果分析

根據(jù)已有的地質(zhì)與采礦資料，選擇10勘探剖面作為試驗剖面線，其物探測線編號為180線。試驗剖面線視電阻率等值線剖面圖見圖2。將視電阻率等值線剖面圖與勘探剖面對比分析，認(rèn)為金礦礦脈表現(xiàn)為相對低阻，勘探范圍內(nèi)采空區(qū)沒有積水，采空區(qū)表現(xiàn)為相對高阻，采空區(qū)視電阻率值在22 Ω·m以上。根據(jù)試驗剖面，確定采空區(qū)物探異常的解釋原則為:1)視電阻率值在22 Ω·m以上;2)視電阻率等值線比較集中，有突變的地方;3)有礦脈的地方。同時滿足上述3個條件，確定為采空區(qū)物探異常。

圖3為160線視電阻率等值線剖面圖。從剖面圖上可以看出，+300 m以上為低阻層，根據(jù)采空區(qū)物探異常的判定原則，在314中段未見異常;在287中段80～90 m、100～140 m見明顯的高阻封閉異常，推測為采空區(qū)異常;在262中段106～138 m見明顯的高阻封閉異常，該異常與287中段上的異常貫通，推測為采空區(qū)異常;在223中段，視電阻率值較高，但視電阻率等值線比較平緩，未圈定采空區(qū)異常。

圖4為340線視電阻率等值線剖面圖。從剖面圖上可以看出，+290 m以上為低阻層，根據(jù)采空區(qū)物探異常的判定原則，在314中段未見異常;在287中段也未見采空區(qū)異常;在262中段36～46 m、72～98 m見明顯的高阻封閉異常，推測為采空區(qū)異常;在223中段高阻異常明顯，并且與262中段的異常貫通，推測為采空區(qū)異常。

本次小線框瞬變電磁法探測結(jié)果與實際吻合較好，為后期采空區(qū)的防治提供了依據(jù)。

圖2 試驗剖面線(180線)視電阻率等值線剖面圖Fig.2 Test profile(180 line)apparent resistivity contour section

圖3 160線視電阻率等值線剖面圖Fig.3 160 line apparent resistivity contour section

圖4 340線視電阻率等值線剖面圖Fig.4 340 line apparent resistivity contour section

4 結(jié)論與討論

1)對于金屬礦采空區(qū)的勘察，在露天坑等地形復(fù)雜的區(qū)域，小線框瞬變電磁法有較好的適應(yīng)性，結(jié)合地質(zhì)與采礦資料，通過實驗探測，能取得更好的結(jié)果。

2)小線框瞬變電磁法在地形復(fù)雜的區(qū)域探測采空區(qū)有較好的應(yīng)用前景，目前還需在采空區(qū)探測正反演理論、系統(tǒng)裝置和測量參數(shù)等方面進行深入的研究，以提高勘察的準(zhǔn)確性和精度，為礦企生產(chǎn)服務(wù)。

［1］閆長斌，徐國元.綜合物探方法及其在復(fù)雜群采空區(qū)探測中的應(yīng)用［J］.湖南科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2005，20(3):10－14.

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Application of small wire frame transient electromagnetic method in the goaf detection of a gold mine in Hebei Province

LIU Chunqi1，XIE Lianku2，WAN Chuanchuan2
(1.Hebei Jinchangyu Mining Co.，Ltd.，Tangshan Hebei 064307，China; 2.Beijing General Research Institute of Mining＆Metallurgy，Beijing 100160，China)

This study describes the current research status of the goaf in gold mine detected by geophysical techniques.Geological and electrical characteristics of the goaf in a gold mine of Hebei are analyzed.Due to complex terrain conditions，transient electromagnetic method with small wire frame is used to detect the goaf.This study has achieved good application effects.

small frame;transient electromagnetic method;gold mine;goaf

TD853.391

Α

1671-4172(2015)01-0025-03

劉春琦(1977－)，男，工程師，采礦工程專業(yè)，主要從事與采礦相關(guān)的生產(chǎn)管理工作。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.01.006