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        高密度電法物探技術(shù)在某礦區(qū)勘察中的應(yīng)用

        2021-06-28 06:13:18浩,陳
        中國金屬通報 2021年8期
        關(guān)鍵詞:區(qū)域

        湯 浩,陳 杰

        (中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司,廣東 廣州 510611)

        近年來,我國采礦行業(yè)迅猛發(fā)展。部分礦產(chǎn)企業(yè)盲目追求經(jīng)濟(jì)效益,對煤炭、金屬礦等礦產(chǎn)資源進(jìn)行大規(guī)模、無節(jié)制開采,這使得地下空間形成大片的采空區(qū),加劇了地表沉陷。通過對地質(zhì)災(zāi)害的誘導(dǎo)因素的調(diào)查分析可知,首當(dāng)其沖的就是礦區(qū)。隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)程度的增大,地下采空區(qū)覆蓋范圍的擴(kuò)張,地質(zhì)環(huán)境逐步惡化,淺表地層開裂、地面凹陷積水以及地表大規(guī)模沉陷等地質(zhì)災(zāi)害問題的發(fā)生率也隨之上升[1]。

        1 高密度電法物探技術(shù)的原理、裝置形式與數(shù)據(jù)處理方式

        1.1 高密度電法物探技術(shù)的原理

        高密度電法物探技術(shù)與常規(guī)直流電法物探技術(shù)的原理相似,都是建立在穩(wěn)定電流場空間分布的原理基礎(chǔ)上的。與常規(guī)直流電法物探技術(shù)相比,高密度電法物探技術(shù)的自動化程度更高,資源信息采集效率更快,且信息結(jié)果更加精確。高密度電法物探技術(shù)的原理如下所述[2]。

        在正式勘測前,將大量的電極布置在與勘測空間范圍內(nèi),由于電極數(shù)量超過一定限度,可以實現(xiàn)不同空間范圍電極的自由組合。當(dāng)向地下空間中人工輸送電流時,可以在地下空間中形成一個穩(wěn)定的電流場,實現(xiàn)對整個勘測區(qū)域的全方位無死角覆蓋勘測。與此同時,接入自動轉(zhuǎn)換裝置,還可以在采集與分析資源信息的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)信息的交互轉(zhuǎn)換[3]。

        1.2 高密度電法物探技術(shù)的裝置形式

        從本質(zhì)上來說,高密度電法物探技術(shù)的裝置形式是在勘測過程中不同空間范圍電極的交互結(jié)合方式。電極的交互結(jié)合方式不同,產(chǎn)生的勘測結(jié)果也存在一定差異。例如,持續(xù)勘測周期、勘測深度與勘測精準(zhǔn)性等各不相同。按照電極交互結(jié)合方式差異,可將高密度電法物探技術(shù)的裝置配置形式劃分為如下幾類:施倫貝爾裝置、偶極裝置、微分裝置、偶極裝置以及溫納對稱四極裝置等[4]。

        由于各區(qū)域的地下采空區(qū)的覆蓋范圍與分布密度不同,所以勘測人員要結(jié)合實際情況,采用對應(yīng)類型的技術(shù)配置形式。例如,充分考慮采空區(qū)覆蓋范圍、地下資源開發(fā)深度和淺表層與深土層土壤厚度,選擇合理的技術(shù)配置形式,加強(qiáng)勘測結(jié)果的精確性。

        1.3 高密度電法物探技術(shù)的數(shù)據(jù)處理方法

        高密度電法物探技術(shù)主要是利用數(shù)據(jù)處理軟件對測網(wǎng)與測線數(shù)據(jù)進(jìn)行采集整合。按照高密度電法物探技術(shù)裝置配置形式和勘測空間范圍內(nèi)的電極分布情況,對采集的資源數(shù)據(jù)展開排列、預(yù)處理和格式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。在此過程中,對海量化的資源數(shù)據(jù)實行篩選精分,及時且精確的剔除不符合客觀規(guī)律的數(shù)據(jù)信息,以免影響整體勘測結(jié)果的精確性。根據(jù)視電阻率斷面圖,對勘測區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特征、地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件及礦產(chǎn)分布規(guī)律展開深入分析,且作出合理解釋。總而言之,在礦區(qū)勘察作業(yè)中,合理利用高密度電法物探技術(shù),可以根據(jù)獲取的礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征信息,全面了解采空區(qū)分布情況,從根源上消除安全隱患,降低發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害事故的概率[5]。

        2 高密度電法物探技術(shù)在某礦區(qū)勘察中的應(yīng)用

        2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

        對于礦區(qū)地質(zhì)特征的了解,要從地層和構(gòu)造兩部分進(jìn)行,本次研究所選礦區(qū)的地質(zhì)特征總結(jié)如下:

        2.1.1 地層

        礦區(qū)所在位置的地層是隸屬于塔里木南疆地層大區(qū)、塔里木低層區(qū)和分區(qū)中的一個小區(qū)內(nèi),區(qū)域內(nèi)存在較多的中新生界地層,并以侏羅系和第四系為主[6]。

        一是侏羅系。分為三種情況:其一,統(tǒng)塔里奇克組。該地層以河流相及泥炭沼澤相為主,土層結(jié)構(gòu)以砂巖、粉砂巖構(gòu)成,是區(qū)域內(nèi)的含礦層位之一。區(qū)域內(nèi)的工業(yè)礦層數(shù)量較多,厚度在73m~420m不等,上下分別銜接著黃山街組和侏羅統(tǒng)阿合組。該組是由三個旋回組成的,每個旋回下部巖層都適宜綠灰色、灰色砂巖和砂礫巖為主,縱橫交錯[7]。

        其二,統(tǒng)阿合組。該結(jié)構(gòu)又被稱之為標(biāo)準(zhǔn)砂層巖,以單一礦石結(jié)構(gòu)為主,硬度較高,被看做是陡峭的單面山結(jié)構(gòu)。該地層具備三角洲特征,是河床相與河流交界處,內(nèi)部巖石結(jié)構(gòu)以粗碎屑巖為主。不過區(qū)域內(nèi)巖性和巖相的變化特征并不顯著,且多以上夾泥巖和礦線為主,厚度在200m~527m左右[8]。

        其三,統(tǒng)陽霞組。該組是由河流相、泥炭沼澤相、湖泊相共同組成的,有灰白、黃灰綠色粗砂巖、砂狀砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、炭質(zhì)泥巖及礦層組合,是一個較為復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)。在該地層中含有少量的孢粉化石??傮w厚度以212m~628m不等。在該地層的調(diào)查中了解到,其中包含礦物特性可分為四種情況,即炭質(zhì)泥板巖段、B含礦段、砂礫巖段、下含礦段。炭質(zhì)泥板巖段中涵蓋泥板巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖,另外三層則因分布不均衡,被統(tǒng)稱為含礦段,該段包含兩個完整旋回。

        二是第四系。該層位于礦區(qū)南部,伴隨著沼澤和鹽漬化現(xiàn)象,厚度在幾米到十幾米不等。由土壤層、卵礫石和砂構(gòu)成。沼澤沉積層僅分布于礦區(qū)內(nèi)東向沖溝側(cè),多呈條塊狀,有泉水出

        露,地下水位埋深較淺。地層巖性主要為粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥,普遍有腐植層,飽含水分,富含植物根系,厚度0.3m~1.2m。

        2.1.2 構(gòu)造

        礦區(qū)構(gòu)造相對地層來說要簡單很多,以斷裂阿一斷層和阿二斷層為主,結(jié)合礦區(qū)不同走向,可將其劃分為東西向、北東和北東動向、北西和北西西向這三個斷層結(jié)構(gòu)。

        2.2 地球物理特性

        礦區(qū)的整體地勢呈平坦?fàn)?,地形地貌受到后期礦產(chǎn)資源開發(fā)的影響較大。本次物探工作將選擇礦區(qū)西部防洪景觀大壩作為勘察重點區(qū)域,區(qū)域地層結(jié)構(gòu)為第四系沼澤沉積層、第四系卵礫石層、侏羅系阿合組地層、侏羅系塔里奇克組上段、侏羅系塔里奇克組下段。礦石電性會隨著外部物理條件的變化而發(fā)生改變。

        在外部物理條件處于理想狀態(tài)下時,對于后期構(gòu)造的影響相對較小,這時電性的變化會呈現(xiàn)視電阻率大,新地層視電阻率小的特征。但如果外部物理條件發(fā)生改變,局部區(qū)域內(nèi)礦層存在破碎、斷裂、錯動等情況,視電阻率的變化更加明顯,在細(xì)砂巖、粗砂巖及礫巖結(jié)構(gòu)對比上,含水率會逐漸提升,但視電阻率會逐漸下降。構(gòu)造發(fā)育附近的地層結(jié)構(gòu),如果出現(xiàn)錯位、褶皺、巖溶發(fā)育,地層會產(chǎn)生裂縫,為地層水體富集提供良好空間。當(dāng)裂隙充水時,在縱向和橫向上都打破了原有電性故有變化規(guī)律,呈現(xiàn)相對低阻。電法勘探正是利用巖層之間及巖層與異常體之間的電性差異,以區(qū)分不同的地質(zhì)巖層,劃分低阻異常,分析測區(qū)水文地質(zhì)情況的。

        2.3 高密度電法物探技術(shù)應(yīng)用中的工作參數(shù)選擇

        本礦區(qū)在應(yīng)用高密度電法物探技術(shù)實訓(xùn)勘察時,選用二維集中式高密度電阻率儀完成外界數(shù)據(jù)的收集和處理,利用溫納裝置收集視電阻率變化情況。在高密度電阻率法中,溫納裝置與異常對應(yīng)間的關(guān)系較好,可提高數(shù)據(jù)獲取精準(zhǔn)度。最早在使用過密度視電阻率法時,一般會通過三電位電極系開展測量工作。該測量系統(tǒng)包括溫納裝置、偶級裝置和微分裝置,通過這些裝置間的連接運用,確保電極轉(zhuǎn)換的合理性。該系統(tǒng)展開測量活動,能夠獲得三個較為精準(zhǔn)的電極排列參數(shù)。

        溫納裝置自身對視電阻率的感應(yīng)是較為敏感的,用其開展目標(biāo)探測,能夠準(zhǔn)確獲取區(qū)域地層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。在溫鈉裝置設(shè)置中,系數(shù)一般控制在2πa,雖然較其他裝置系數(shù)小,但在同樣情況下,可觀測到較強(qiáng)的信號,可以在地質(zhì)噪聲較大的地方使用。另外,由于該裝置系數(shù)小,在同樣電極布置情況下,探測深度也小,且溫納裝置的邊界損失較大。

        2.4 典型剖面解釋

        該剖面從西向東主要以河漫灘、人工大壩、塔里奇克上段地層結(jié)構(gòu)為主,在勘察時共設(shè)置500個點位(如圖1),不同點位位置及獲取數(shù)據(jù)資料分別為:

        200~440點,該點位與地表距離較近,深度在0m~15m之間。區(qū)域內(nèi)存在低阻異常情況,視電阻率為200Ω.m左右,由于異常區(qū)域與地表距離較近,且呈現(xiàn)連續(xù)性分布特征,推測該層內(nèi)可能含有較多的廢物廢料及沼澤沉積層,存在電性為人工堆積形成的。

        460~510點,屬于淺部位置區(qū),深度在10m~20m左右,該區(qū)域存在較為高阻異常情況,視電阻率可達(dá)到400Ω.m~1000Ω.m之間。異常情況分布以層狀為主,所以推測該區(qū)域的電性以第四系卵礫石反應(yīng)為主。

        0~80點,屬于中阻異常區(qū)域,視電阻率值為250Ω.m~400Ω.m,屬均勻性變化特征,該層電性推測為阿合組礫巖。

        80~200點,上部結(jié)構(gòu),與淺部區(qū)一樣都屬于高阻異常區(qū),不過該區(qū)域的視電阻率呈現(xiàn)不規(guī)則分布形態(tài),所以推測其電性反應(yīng)以不含水的塔里奇克組上段的細(xì)砂巖為主。不過在深層的下部結(jié)構(gòu),高阻異常逐漸轉(zhuǎn)變成低阻異常,視電阻率值為200Ω.m以下,異常形態(tài)變化不大,推測為塔里奇克組上段細(xì)砂巖的電性反應(yīng)。該套巖性賦水性強(qiáng),周圍有一定的水源供給,故該礦山勘查區(qū)地層深部可能含有地下水。

        200~500點,屬于中深部。分為上下兩部分,上部為層狀高阻異常區(qū),視電阻率為400Ω.m~1000Ω.m。該區(qū)域由于地層結(jié)構(gòu)相對完好,裂縫數(shù)量少,發(fā)育較完全,相應(yīng)的視電阻率也會較高。下部則為中低阻異常區(qū),視電阻率值為100Ω.m~200Ω.m,且呈現(xiàn)異常變化特征。同時在對下部勘察中,發(fā)現(xiàn)深部的視電阻率最低,這可能與區(qū)域內(nèi)破碎充水情況顯著有關(guān)。

        圖1 線高密度成果圖

        2.5 結(jié)論

        礦區(qū)地層的電性以層狀分布為主,不同地層之間存在的視電阻率存在明顯界限,相互之間影響較小;斷裂結(jié)構(gòu)區(qū)域存在的錯動情況顯著,通過勘察了解到,深部斷層縱斷面的分層情況明顯,而其他區(qū)域的視電阻率異常則較為顯著,會根據(jù)形態(tài)變化而發(fā)生改變;塔里奇克組上下段砂巖結(jié)構(gòu)處于低視電阻率區(qū)域,內(nèi)部礦石的含水性較好。再加上結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)育完整,為水分存儲提供良好空間。不過若想實行礦石開采,還需對該區(qū)域特征予以詳細(xì)分析,進(jìn)而制定合理的開采方案。

        3 結(jié)語

        希望本文論述,可以使從業(yè)人員對高密度電法物探技術(shù)在礦區(qū)勘察中的應(yīng)用有所了解,并在日后工作中加大該技術(shù)的應(yīng)用,準(zhǔn)確了解礦區(qū)實際情況,掌握地下結(jié)構(gòu)特征,從而維護(hù)作業(yè)的安全性以及工程的綜合效益。

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