劉 佳，聶肖劍，趙 哲，李 想

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016）

現(xiàn)今社會(huì)，礦產(chǎn)資源作為推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展至關(guān)重要的基礎(chǔ)性資源，各種礦產(chǎn)資源在市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下也慘遭人類瘋狂的開采。然而人類對(duì)資源的需求是無止境的增加，不可再生資源對(duì)于現(xiàn)在還只能對(duì)地球進(jìn)行淺度開采的人類來說卻是極其有限的。伴隨人類文明的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)導(dǎo)致人類對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求變得更加急切[1]。而在礦產(chǎn)勘查過程中，過度開采和不合理方式開采，為國家與人民帶來不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡。所以，查明礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件，及時(shí)采取手段預(yù)防治理，保證安全采礦已經(jīng)成為礦區(qū)需要解決的重要問題[2]。河南作為人口大省，對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量更是急切。

1 河南地區(qū)礦山勘查的地質(zhì)結(jié)構(gòu)電法精細(xì)探測(cè)

1.1 測(cè)線布設(shè)

對(duì)于河南省礦區(qū)現(xiàn)行隧道的最大埋深基本在400m左右，根據(jù)河南礦產(chǎn)勘查單位多年來的勘探經(jīng)驗(yàn)來說，采取探測(cè)深度比較大（最深可至1800m）。工作效率比較高的CSAMT法對(duì)洞線以及旁邊進(jìn)行勘測(cè)，以便可以更好地了解礦區(qū)隧洞圍巖的電性結(jié)構(gòu)，進(jìn)而通過其電性結(jié)構(gòu)基本特征以及地面設(shè)施勘查的地質(zhì)信息兩相結(jié)合，推論出礦區(qū)隧洞圍巖可能會(huì)出現(xiàn)的巖石結(jié)構(gòu)、電磁法程度及其精細(xì)特征，尤其是對(duì)利用巖溶區(qū)的隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)描述。對(duì)此，設(shè)計(jì)的測(cè)線方案基本如下：首先，沿著雙洞線的中心各自布設(shè)一條主路段剖面，兩個(gè)洞口之間需要布設(shè)一條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)線，兩個(gè)洞的外側(cè)也需要各自布設(shè)一條基本旁測(cè)線，一共需要布設(shè)5條測(cè)線；測(cè)線長度大約控制在100m左右，點(diǎn)距50m。剖面的測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)用河南正規(guī)測(cè)繪公司出產(chǎn)的S890GPS、RTK進(jìn)行，自西向東測(cè)線分別為右偏60度線（ZKA）、左線（LK）、中線（MK）、右線（RK）以及左偏60度線（YKY），總長度大概30KM左右。

1.2 數(shù)據(jù)采集與處理

電磁法探測(cè)作為基于點(diǎn)陣勘測(cè)技術(shù)施工從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)探到的電性信號(hào)中獲取到瑞雷波頻散曲線，進(jìn)而提取到礦區(qū)物理剖面，并在后續(xù)對(duì)其進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)詳細(xì)解釋的手段，這當(dāng)中獲取到的瑞雷波頻散曲線的數(shù)據(jù)處理手段主要包括頻率—波數(shù)法（F—K法）以及空間相聯(lián)法（SLAC法）。本文研究采取現(xiàn)在經(jīng)常使用的空間相聯(lián)法（SLAC法），從點(diǎn)陣電性數(shù)據(jù)中獲取到頻散曲線，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)算獲得三維的視覺波速度剖面，該數(shù)據(jù)處理方法要求勘探點(diǎn)在勘探臺(tái)點(diǎn)陣中沿著圓周方向進(jìn)行設(shè)置，且至少在圓周面積范圍內(nèi)等間距設(shè)置四套、在圓心上設(shè)置一套完整的數(shù)據(jù)采集庫以組成圓形勘探點(diǎn)臺(tái)陣。在圓形勘探點(diǎn)臺(tái)陣中，臺(tái)陣的半徑統(tǒng)一稱為勘探半徑，半徑的大小直接決定了勘探的深度。一般狀況下，臺(tái)陣的勘探深度大概是勘探半徑的3倍～5倍，在臺(tái)陣半徑比較小的狀況下，勘探深度甚至能夠達(dá)到勘探半徑的13倍以上，實(shí)際勘探中電磁精細(xì)程度一般也會(huì)需要采取多重圓形點(diǎn)陣列進(jìn)行組合勘探。

1.3 數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)接收設(shè)備的控制部分安置在地面時(shí)，能夠大大有效簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的傳輸工作，利用XBel模塊就能夠?qū)崿F(xiàn)接收設(shè)備和上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸工作，即有關(guān)電磁法的一系列相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)接收設(shè)備的控制部分安置在地下時(shí)候，就需要借助電纜完成接收設(shè)備和上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸工作。礦井實(shí)地采集任務(wù)中，礦井電纜的傳輸會(huì)存在一些問題，比如電磁信號(hào)衰減嚴(yán)重、傳輸速度比較延后、失真以及數(shù)據(jù)量較少等問題。其中，影響電纜傳輸特性質(zhì)的主要原因有：一方面是因?yàn)樗p，由于絕緣材料造成的電能泄露，電纜電阻導(dǎo)致電能一度損耗，都會(huì)造成信號(hào)在傳輸過程中衰減嚴(yán)重；另一方面，串音干擾，這是由于電容與電感之間的極度耦合，導(dǎo)致處在同一主干電纜中的信號(hào)極有可能會(huì)發(fā)復(fù)疊加到其他電纜內(nèi)芯信號(hào)中，最終導(dǎo)致串音。因而在數(shù)據(jù)傳輸中，有關(guān)電纜對(duì)電磁法電性精細(xì)程度的影響力求降到最低。

2 工程實(shí)驗(yàn)與效果分析

為了更加清楚、具體看出此設(shè)計(jì)實(shí)際效果，以河南安陽某礦區(qū)為例，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)其數(shù)據(jù)精細(xì)程度進(jìn)行比較。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將兩種設(shè)計(jì)置于相同的試驗(yàn)參數(shù)之中，進(jìn)行數(shù)據(jù)精細(xì)程度試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)見下表。

表1 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)過程中，通過兩種不同的設(shè)計(jì)同時(shí)在相同環(huán)境中進(jìn)行工作，分析其勘探數(shù)據(jù)精細(xì)程度的變化。實(shí)際效果對(duì)比見下圖所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖

從圖中可以看出，本文設(shè)計(jì)方法在有外界電磁干擾的情況下，在礦井勘探精細(xì)程度上遠(yuǎn)比傳統(tǒng)方法占有優(yōu)勢(shì)；而在無干擾情況下，結(jié)果依然如此，實(shí)驗(yàn)證明本文設(shè)計(jì)的方法具有較高的有效性。

3 結(jié)語

本文對(duì)河南地區(qū)礦山勘查的地質(zhì)結(jié)構(gòu)電法精細(xì)探測(cè)進(jìn)行分析，依托礦山開采與勘探的結(jié)合機(jī)制，根據(jù)電磁法對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘查數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)論證表明，本文設(shè)計(jì)的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠?yàn)楹幽系貐^(qū)礦山勘查的地質(zhì)結(jié)構(gòu)電法精細(xì)探測(cè)的方法提供理論依據(jù)。