王玉國(guó)
(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物業(yè)管理中心,甘肅 蘭州 730000)
從目前針對(duì)危機(jī)礦山開展的進(jìn)一步礦產(chǎn)勘查[1],以及在我國(guó)相對(duì)來說經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較發(fā)達(dá)的中東部開展礦產(chǎn)勘查工作來看,深部找礦是主要的目標(biāo)[2]。深部找礦這一工作可以有效緩解當(dāng)前礦資源日漸稀缺的現(xiàn)象,及時(shí)平衡供需關(guān)系。在礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域中,深部礦已經(jīng)成為與隱伏礦同等重要的礦產(chǎn)勘查對(duì)象了,深部礦與隱伏礦在本質(zhì)上的區(qū)別還是比較大的,從嚴(yán)格意義上說,目前我們提到的深部礦是屬于隱伏礦的一部分,深部礦的埋藏深度更深。目前地質(zhì)學(xué)家們還沒有給出衡量深部礦和淺部礦的具體埋藏深度,但是通常情況下,基于我國(guó)在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期,受當(dāng)時(shí)礦產(chǎn)開采技術(shù)的限制,勘查工作只能針對(duì)距離地表面五百米之內(nèi)的礦產(chǎn)資源進(jìn)行遠(yuǎn)景控制,所以,目前以距離地表面五百米作為分界線,把距離地表面五百米之下的礦稱為深部礦,之上則稱為淺部礦[3]。因?yàn)樯畹V床與淺礦床相比埋藏深度較大,導(dǎo)致人們對(duì)其礦床地質(zhì)特征認(rèn)識(shí)不足,礦化信息大多是間接信息,現(xiàn)有的勘探技術(shù)方法的有效性進(jìn)一步降低,勘探難度、勘探投資和勘探風(fēng)險(xiǎn)都相應(yīng)增加。由于深部找礦和采礦的難度比較大,傳統(tǒng)的方法的探測(cè)范圍比較小,大多數(shù)只能探測(cè)到三百米內(nèi)的礦資源,而且傳統(tǒng)方法的儀器功率較小,且機(jī)身笨重,抗干擾能力不足,所以傳統(tǒng)的方法對(duì)埋藏深度更深的深部礦來說,更是很難實(shí)現(xiàn)的,基于此,為了適應(yīng)深部礦的特點(diǎn),并且滿足深部找礦需要的技術(shù)要求,提出新的深部找礦方法,基于地質(zhì)勘查技術(shù),實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)勘查。而且地質(zhì)勘查技術(shù)能夠利用計(jì)算機(jī)信息處理減少深部找礦的風(fēng)險(xiǎn),并且提高效率。
要進(jìn)行深部找礦與開采,首先需要了解深部礦成礦原因,所以采用地質(zhì)勘查技術(shù),深入了解深部礦的成礦地質(zhì)環(huán)境和周圍地質(zhì)特征,以便于分析深部成礦的原因,深部礦成礦要素如表1所示。
表1 深部礦成礦要素
根據(jù)上述基于地質(zhì)勘查得到的深部礦成礦要素,分析每一層礦資源的形成過程,例如燕山運(yùn)動(dòng)的形成就是由于隨著大西洋和太平洋相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致印度洋擴(kuò)張,拉薩地塊向亞洲大陸貼近,出現(xiàn)所有板塊都向一個(gè)板塊匯合的現(xiàn)象,從而產(chǎn)生了深部作用,在深部逐漸形成礦資源。
對(duì)上述深部礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析之后,采用聲波探測(cè)技術(shù),進(jìn)行深部礦定位。
首先向準(zhǔn)備進(jìn)行分析的深部礦粗略位置發(fā)射聲波,采用聲波接收裝置對(duì)回波進(jìn)行分析,根據(jù)不同回波的類型確定礦產(chǎn)的深度、大小和類型,以精準(zhǔn)定位到目標(biāo)深部礦,其示意圖如圖1所示。
圖1 聲波檢測(cè)示意圖
如圖所示,P0設(shè)為初始聲波,P1為反射聲波,P2為折射聲波,θ為聲波入射角,θ1為聲波反射角,θ2為聲波折射角,則設(shè)VP1為聲波反射聲速,VP2為聲波折射聲速;當(dāng)聲波撞擊到某種物質(zhì)上時(shí),形成新的反射聲波S1,折射聲波S2,對(duì)應(yīng)的反射角為γ1,折射角為γ2,則聲波反射聲速為VS1,聲波折射聲速為VS2。所以得出公式:
根據(jù)上述公式計(jì)算出聲波的折射率和反射率,確定深部礦床的類型。之后采用基于地質(zhì)勘查的定位技術(shù),精準(zhǔn)定位到目標(biāo)深部礦。
傳統(tǒng)的定位技術(shù)由于技術(shù)的局限,在定位過程中,會(huì)出現(xiàn)一定的位置偏移現(xiàn)象,所以對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析時(shí),就會(huì)出現(xiàn)不可忽略的誤差,進(jìn)而影響地質(zhì)勘查效果。而基于地質(zhì)勘查的定位技術(shù)能夠在鉆頭鉆探過程中及時(shí)監(jiān)測(cè)到位置偏移,從而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整,最終保證使鉆頭準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)深部礦,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。完成對(duì)目標(biāo)深部礦的精準(zhǔn)定位之后,對(duì)其進(jìn)行局部取樣,并且反循環(huán)連續(xù)取樣,壓縮深部空氣,并利用這些壓縮空氣作為一種循環(huán)介質(zhì),在進(jìn)行深部礦取樣時(shí),雙臂鉆桿會(huì)鉆入土中,對(duì)周圍的碎巖產(chǎn)生沖擊,通過空氣的高速流動(dòng),碎巖的碎屑會(huì)被帶回地表,并按碎屑涌出的次序被收集和編號(hào),通過地質(zhì)光譜分析法,就能完整地了解到這一深層地質(zhì)的礦物組成和組成比例,進(jìn)一步確定目標(biāo)深部礦的結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)基于地質(zhì)勘查技術(shù)的深部找礦以及精準(zhǔn)勘查。
為驗(yàn)證提出的基于地質(zhì)勘查的深部找礦方法能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)勘查,將傳統(tǒng)方法作為對(duì)照組,本文方法作為實(shí)驗(yàn)組,進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),為保證實(shí)驗(yàn)過程不被現(xiàn)場(chǎng)無(wú)關(guān)因素影響,設(shè)計(jì)模擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
首先,在仿真模擬平臺(tái)上模擬自然環(huán)境下的不同類型、不同埋藏深度的礦山,分別采用傳統(tǒng)方法和本文方法進(jìn)行深部找礦和勘查。設(shè)置礦山的峰值為+500m,面積為15000m2,其中,鋁土礦和菱鎂礦之間有42%的部分是重疊在一起的,礦山外部結(jié)構(gòu)與實(shí)際礦山的外部結(jié)構(gòu)基本一致,保證實(shí)驗(yàn)過程真實(shí)可靠。
基于上述模擬環(huán)境下進(jìn)行深部找礦實(shí)驗(yàn),首先確定目標(biāo)位置,將兩種方法得到的結(jié)果與目標(biāo)深部礦位置的誤差進(jìn)行對(duì)比,要求位置誤差不能超過0.6m,其中若誤差較小或者誤差為零則說明精準(zhǔn)勘查能力高,能夠精準(zhǔn)找到深部礦,若誤差過大則說明精準(zhǔn)勘查能力差,不能夠精準(zhǔn)找到深部礦。對(duì)不同深度的深部找礦結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并繪出位置誤差對(duì)比曲線,傳統(tǒng)的深部找礦方法勘查到的深部礦位置與目標(biāo)位置之間相差在40cm~100cm之間,大部分超過了0.6m,整體誤差趨勢(shì)隨著深部礦埋藏深的加深逐漸上升,說明傳統(tǒng)深部找礦方法受礦體埋藏深度影響較大,深度越大,誤差越大,不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)勘查;而本文方法整體距離目標(biāo)位置誤差均在20cm以內(nèi),并且整體看來,誤差曲線波動(dòng)相對(duì)來說比較平緩,誤差不會(huì)隨著深度加深而增大,說明本文方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)勘查,而且找礦效率不會(huì)隨著埋藏深度增加而有所降低,受礦產(chǎn)埋藏深度的影響不大。所以,本文方法比傳統(tǒng)方法的勘查更加精準(zhǔn)勘查,并且能夠高效實(shí)現(xiàn)深部找礦任務(wù)。
本文研究了基于地質(zhì)勘查技術(shù)的深部找礦方法以及其精準(zhǔn)勘查能力,采用地質(zhì)勘查技術(shù)分析深部礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu),并且利用超聲波探測(cè)對(duì)目標(biāo)深部礦進(jìn)行精準(zhǔn)定位,從而完成深部找礦任務(wù)。
本次研究為深部找礦提供了基于地質(zhì)勘查技術(shù)的新方法,增強(qiáng)了勘查的精準(zhǔn)性,使深部找礦的效率更高,有利于提升今后的礦產(chǎn)勘查效率。