張哲

(遼寧省冶金地質(zhì)勘查局物探測(cè)繪大隊(duì),遼寧鞍山 114001)

試論采空區(qū)綜合地球物理勘察方法

張哲

(遼寧省冶金地質(zhì)勘查局物探測(cè)繪大隊(duì),遼寧鞍山 114001)

本文結(jié)合多年鐵礦采空區(qū)物探工作中的體會(huì)，對(duì)各種物探方法的應(yīng)用效果加以對(duì)比、總結(jié)后，提出今后采空區(qū)物探工作的建議。首先對(duì)地質(zhì)及地球物理特征進(jìn)行介紹，對(duì)工作參數(shù)進(jìn)行選擇，對(duì)采空區(qū)的物探異常特征進(jìn)行分析，對(duì)采空異常分類進(jìn)行研究,并探討奧陶系灰?guī)r標(biāo)志層的重要性。

采空區(qū) 綜合地球物理勘察 鐵礦 物探

1 引言

目前，在地面探測(cè)鐵礦采空區(qū)較為有效的物探方法主要有瞬變電磁法、直流電法( 高密度電法、電測(cè)深等)、氡氣測(cè)量法、地震反射法等。但采用其中一種方法往往難以取得明確、可靠的效果，一般利用綜合物探方法才能解決問題。即使是同一種方法，也可選用不同參數(shù)展現(xiàn)或突出采空異常特征。筆者結(jié)合多年鐵礦采空區(qū)物探工作中的體會(huì)，對(duì)各種物探方法的應(yīng)用效果加以對(duì)比，總結(jié)出各方法獲得的采空異常特征及最優(yōu)探測(cè)方法組合，對(duì)今后采空區(qū)物探工作提出了建議。

2 地質(zhì)及地球物理特征

工作區(qū)位于某市東北部，屬于大地構(gòu)造單元是典型的華北地臺(tái)燕山臺(tái)褶帶（2級(jí)）馬蘭峪復(fù)式背斜（2級(jí)）遵化穹褶束倒轉(zhuǎn)背斜（3級(jí))的中東部，是由于局部臺(tái)升造成隆起區(qū)得以出現(xiàn)。區(qū)內(nèi)出露一套太古宙遷西群跑馬場(chǎng)組深變質(zhì)片麻巖建造。地層中賦存在著10多層磁鐵石英巖，它們的薄厚不一樣、規(guī)模也不一樣，有的為透鏡狀、有的為串珠狀。工作區(qū)內(nèi)出露的巖體為二長(zhǎng)花崗巖，面積大約是4k㎡，主要是工作區(qū)北部。

工作區(qū)內(nèi)不同地層及礦體間磁性差異比較顯著，第四系地層屬弱磁性，片麻巖地層屬中等磁性（J= 1～102SI)，花崗巖體屬中等磁性（J=10～103SI)，鐵礦屬?gòu)?qiáng)磁性（J=102～106SI）。以上的磁性特性對(duì)應(yīng)于航磁異常存在以下的規(guī)律：

（1）鐵礦異常，剖面曲線尖銳，梯度陡，有負(fù)值相伴，異常呈狹長(zhǎng)狀，和含礦地層具有相似的走向；對(duì)應(yīng)于地磁異常的特征為是鐵礦與其圍巖產(chǎn)狀一致，通常有一定走向，礦體與圍巖有比較明顯的磁性差異，因此鐵礦異常和礦體的形態(tài)有關(guān)聯(lián)，通常為狹長(zhǎng)狀，許多異常屬于北東走向，規(guī)律性強(qiáng)，異常北西端有負(fù)值相伴；

（2）磁鐵礦和磁性巖層共同導(dǎo)致較大的異常面積，沒有明顯走向，異常梯度平緩，只在局部存在尖峰的現(xiàn)象，沒有緊密的正負(fù)值關(guān)系；

（3）磁性巖體異常范圍大，梯度緩，存在區(qū)域性，它的走向和片麻巖不一致，往往因?yàn)榇判缘V物沒有勻稱的分布、也沒有規(guī)則的外型，引起的磁異常規(guī)律性差，產(chǎn)生各種等值線形狀，異常較寬緩，強(qiáng)度較弱，異常北端無負(fù)值相伴。

通過以上的磁性與其異常特性來看，進(jìn)行開采之前，鐵礦帶來的磁異常具有以下的特性：有較強(qiáng)的規(guī)律、高的幅值、以條帶進(jìn)行分布，完成了開采之后，磁鐵礦的不復(fù)存在，導(dǎo)致了磁異常不再出現(xiàn)。主要說明的為：這個(gè)區(qū)域許多鐵礦都是北北東走向，西傾呈脈狀展布，存在非常強(qiáng)的規(guī)律性，基于此現(xiàn)象，重點(diǎn)研究磁異常特點(diǎn)，再根據(jù)地質(zhì)調(diào)查的狀況，進(jìn)行采空區(qū)分布的判斷較為實(shí)際。在工區(qū)中，各種地層還有礦體之間激發(fā)出來的極化特性存在區(qū)別，磁鐵礦歸屬于高激發(fā)極化特性，但是花崗巖體、第四系地層以及片麻巖地層都屬于低激發(fā)極化特性。

3 采空區(qū)綜合物理勘察方法

3.1 地球物理方法組合

冀東沉積變質(zhì)鐵礦和圍巖進(jìn)行對(duì)比來說，后者存在以下特性：高的極化率、高磁與低電阻率，在采空里面存在著礦柱，但是依然存在高磁和高極化率的特性，在不充水的采空區(qū)里面，經(jīng)常存在高電阻率這一特性，但是在塌陷、充水的采空區(qū)里面，存在著低電阻率這一特點(diǎn)。因此進(jìn)行勘查之時(shí)，能使用電阻率剖面法、可以使用高精度磁測(cè)法、也能使用激發(fā)極化法這一地球物理方法。

進(jìn)行研究時(shí)候，要采用以下的思路：（1）對(duì)激發(fā)極化法、高精度磁測(cè)與電阻率剖面法進(jìn)行采用，順著高速公路中線兩側(cè)處于100 m的區(qū)域中實(shí)施掃面；（2）于圈定的異常區(qū)之中進(jìn)行測(cè)線的加密，還要詳查；（3）對(duì)區(qū)域地質(zhì)背景進(jìn)行分析，增設(shè)邊界條件，進(jìn)而阻止地球物理反演工作的多解性；（4）對(duì)采空區(qū)和未開采區(qū)的曲線進(jìn)行比較，實(shí)施綜合解釋；（5）針對(duì)冀東沉積變質(zhì)鐵礦采空區(qū)的地球物理組合勘查模型進(jìn)行構(gòu)建。

3.2 異常規(guī)律

進(jìn)行預(yù)查之時(shí)，在K9+900～K13+000及K4+100～K8+200兩個(gè)區(qū)段需要投入如下的物探方法：首先是高精度磁測(cè)，其次是激發(fā)極化法，最后是視電阻率法，重點(diǎn)就區(qū)段之中電、磁異常的分布特點(diǎn)以及異常規(guī)律進(jìn)行探討總結(jié)，根據(jù)實(shí)地地質(zhì)調(diào)查的狀況，對(duì)工作區(qū)段內(nèi)鐵礦采空區(qū)的分布地段進(jìn)行分析，給第二步詳查工作帶來了前提。

進(jìn)行預(yù)查的前提之下，就主要確定的5區(qū)段重點(diǎn)使用高精度磁測(cè)以及瞬變電磁測(cè)深的兩種方法實(shí)施測(cè)量工作，還要根據(jù)井下地質(zhì)調(diào)查，就線路上的采空區(qū)實(shí)施空間定位。

全面分析了電、磁成果，在最后，和采空區(qū)有關(guān)聯(lián)的異常存在下面的規(guī)律：

（1）鐵礦進(jìn)行了開采后，它的磁異常表現(xiàn)為礦異常特征，但是強(qiáng)度明顯變低，比如K10+100～K10+500區(qū)段，極值僅為2000 nT；而未開采的鐵礦，比如K10+600～K10+990區(qū)段，極值可達(dá)6000nT。

（2）針對(duì)磁測(cè)與視電阻率等值線平面圖進(jìn)行二者的比較，發(fā)現(xiàn)了和磁異常對(duì)應(yīng)視電阻率為低阻顯示，其估計(jì)因?yàn)殍F礦體自身具有良好的導(dǎo)電性、也許是巷道充水，表現(xiàn)出低阻特征。

（3）激電異常和磁測(cè)異常中心沒有全部的吻合，主要因?yàn)榇女惓Ｖ行拇笾聦?duì)應(yīng)了礦頭(礦體的淺部）位置，礦體淺部嚴(yán)重地影響異常，要是礦體埋藏深度處于增加狀態(tài)，那么異常就會(huì)立即衰減。Gs異常體現(xiàn)為體積勘探結(jié)果，它的異常不但和礦體的整體產(chǎn)狀要素存在聯(lián)系，還和極化方向有著緊密的聯(lián)系，就傾斜礦體來說，它的異常中心往往和礦體的中部對(duì)應(yīng)著。所以電、磁異常的分布規(guī)律于采空區(qū)主要體現(xiàn)為：和沒有進(jìn)行開采時(shí)候?qū)Ρ?，磁異常?qiáng)度不高，電阻率呈現(xiàn)低阻反映，存在一定強(qiáng)度的極化率異常。

4 結(jié)語

雖然各種物探方法已在采空區(qū)探測(cè)中廣泛應(yīng)用，但仍不同程度地存在一些不足之處。由于物探工作屬間接勘探手段，存在多解性，且瞬變電磁及高密度電法具有體積勘探效應(yīng)，物探成果轉(zhuǎn)化為地質(zhì)成果后可能與實(shí)際情況存在誤差。只有采用綜合物探方法，才能取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互驗(yàn)證。此外，還必須加強(qiáng)采空區(qū)驗(yàn)證工作，及時(shí)了解礦方在采掘生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的各種地質(zhì)信息，以便于對(duì)物探資料的重新認(rèn)識(shí)和解釋，指導(dǎo)后續(xù)工作。

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