趙偉男，鄭天嬌

（遼寧省東煤地質(zhì)一0一隊有限責任公司，遼寧 調(diào)兵山 112700）

經(jīng)濟市場的工業(yè)化發(fā)展推進了我國礦山工程的進步，隨著地質(zhì)勘探作業(yè)技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展趨勢，礦山地質(zhì)勘探工作的實施逐步從淺層作業(yè)向深層作業(yè)過渡。與此同時，礦山地質(zhì)專家與相關(guān)技術(shù)工作者也開始了礦山工程新的研究方向，但經(jīng)過數(shù)年來的技術(shù)研究與地質(zhì)勘探實踐，有關(guān)單位并未能在相關(guān)工作中取得顯著成績，也沒有在其早期研究成果的基礎(chǔ)上，勘探到新的礦產(chǎn)資源。出現(xiàn)此種問題的主要原因是大部分礦山工程工作者在進行地質(zhì)勘探作業(yè)時，僅采用縱波勘探技術(shù)進行地質(zhì)信息的獲取[1]。盡管此種信息獲取方式可在一定程度上實現(xiàn)對巖石與礦層深度信息的反映，但由于缺少橫波信息在此過程中的支撐，導致獲取信息最終會由于存在局限性而失去研究價值。為了解決礦山地質(zhì)勘探工程中的問題，提高勘探地質(zhì)數(shù)據(jù)的價值性，本文提出了一種針對礦山工程的縱橫波聯(lián)合勘探技術(shù)，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)層中，流體物質(zhì)不發(fā)生橫向波源的傳遞，為此，提出的技術(shù)基于理論層面是可行的。但相關(guān)此項技術(shù)的研究在礦山工程中仍處于一種理論研究階段，尚未有相關(guān)成果證明此項技術(shù)具有實踐應用效果[2]。因此，在本文的研究中，將以礦山環(huán)境深部地質(zhì)勘探工程為例，開展基于縱橫波聯(lián)合勘探實踐的研究，以此為我國礦山工程的實施提出新的技術(shù)指示方向。

1 設(shè)計縱橫波聯(lián)合勘探技術(shù)參數(shù)

早期礦山地質(zhì)勘探工程的最深勘探深度約為100.0m，屬于近地表層的地質(zhì)勘探。本文此次研究以礦山深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)作為切入點（>100.0m的地質(zhì)層），因此，在勘探前，選擇縱橫波聯(lián)合勘探技術(shù)作為支撐，通過新技術(shù)的應用，獲取更加豐富的地質(zhì)數(shù)據(jù)。對于勘探過程中產(chǎn)生的縱波，可以認為是一種疊加能量，是通過前端信息不斷反饋而形成的。對于勘探過程中產(chǎn)生的橫波，可以認為是一種SH波，屬于對價值信號的反復處理。使用縱橫波聯(lián)合勘探技術(shù)，可以實現(xiàn)在地質(zhì)勘探作業(yè)中，對橫波與縱波的同步獲取。

為了滿足礦山地質(zhì)工程對于獲取數(shù)據(jù)的需求，應在相關(guān)工作前，進行勘探技術(shù)參數(shù)的設(shè)計。在此過程中，考慮到縱波與橫波的區(qū)別在于波形的偏振特性存在差異，因此，需要在應用技術(shù)時，控制質(zhì)點的振動方向，使其振動方向與橫波的傳播方向保持一致[3]。在確定橫波方向后，調(diào)整縱波的傳播方向與其保持垂直，只有滿足此種條件得到的波，才能滿足后期技術(shù)人員對地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地層信息的深度分析需要。定義橫波與縱波在深部結(jié)構(gòu)中的傳播速度為pV與sV，對縱橫波聯(lián)合勘探技術(shù)中速度參數(shù)的描述，可用如下計算公式表示。

公式（1）、（2）中：λ表示為拉梅系數(shù)，主要用于描述地質(zhì)結(jié)構(gòu)的彈性模量，通常情況下表示為常數(shù)；μ表示為礦山剪切模量；ρ表示為礦山深部地質(zhì)層介質(zhì)密度。根據(jù)早期地質(zhì)勘查成果總結(jié)的經(jīng)驗可知，縱橫波聯(lián)合勘探技術(shù)獲取的橫波大多為高頻波，整體衰減速度較為緩慢。因此，上述計算公式λ中的可以用v÷f計算得出，其中f表示為波的分辨率。綜合上述分析可知，在排除外界因素對地質(zhì)勘探工作影響的前提下，聯(lián)合勘探技術(shù)獲取的橫波波長相對更短，其分辨率相對更高。為此，在進行縱橫波聯(lián)合勘探技術(shù)參數(shù)的設(shè)計時，可以此作為設(shè)計的切入點，通過野外實地采樣分析的方式，定位最佳勘探點[4]。并在此基礎(chǔ)上，控制技術(shù)的掃描頻段在10.0Hz～100.0Hz范圍內(nèi)；縱波獲取的次數(shù)應大于或等于4.0次，將得到結(jié)果進行疊加、求均值處理；調(diào)整縱波的反射區(qū)域間距在4.0m范圍內(nèi)，信號接收信道至少為300.0條；縱波的反射區(qū)域間距在2.0m范圍內(nèi)，信號接收信道至少為48.0條。此外，在進行勘探前，應及時進行勘探設(shè)備精度的校正。

2 繪制礦山深部地質(zhì)勘探頻譜曲線

在完成勘探技術(shù)參數(shù)的設(shè)定與校正后，實施礦山地質(zhì)深部地質(zhì)勘探作業(yè)。為了確保獲取的地質(zhì)資料為高質(zhì)量資料，需要在礦山工程作業(yè)時，進行最高信噪比的獲取。并通過測試參數(shù)的方式，選擇合理的信號疊加切入點，確保繪制的地質(zhì)勘探頻譜曲線具有較高的分辨率與疊加效果。

在繪制礦山深部地質(zhì)勘探頻譜曲線時，需要將前端反饋的橫波信號與縱波信號進行能量分析，提取其中的有效能量，并按照信號的常規(guī)處理方式，進行信號后端截取處理。處理過程為：信號頻譜值分析→頻率濾波處理→信號接收速度處理→疊加縱波信號→集成橫波信號→人工校正。以此種方式，得到一個初步用于描述礦山深部地質(zhì)勘探結(jié)果的頻譜波形圖。如下圖1所示。

圖1 礦山深部地質(zhì)勘探頻譜曲線

按照上述流程，完成對礦山深部地質(zhì)勘探頻譜曲線的繪制后，通過圖1當中顯示的不同波段的分辨率對其能量占比進行可視化展示，從而為后續(xù)礦山深部地質(zhì)層特征分析提供條件。

3 基于曲線圖像去噪分析礦山深部地質(zhì)層特征

由于受到礦山周圍復雜地理條件的影響，得到的礦山深部地質(zhì)勘探頻譜曲線圖當中存在大量干擾噪聲干擾，對于后續(xù)分析造成一定的誤差干擾。因此，為了確保最終勘探結(jié)果的準確性，采用疊加去噪的方式將噪聲去除。在上述得到的頻譜圖像進行歸一化處理，并對相干波加強，對非相干波減弱，以此不斷增加相似性好的波組，并減弱相似性差的波組[5]。通過構(gòu)建矩陣的方式對圖像當中的數(shù)據(jù)進行初始賦值，并開始進行迭代。根據(jù)矩陣當中的自適應數(shù)值，生成垂直方向和豎直方向上的加權(quán)參數(shù)，最后通過不斷迭代處理得到連續(xù)性更強的反射界面，從而提高頻譜圖像的信噪比。同時，當?shù)螖?shù)不滿足去噪要求時，需要重新返回到相應的操作步驟當中，并結(jié)合梯度投影對矩陣進行更新，直到完成所有迭代處理，才能得到最終的頻譜曲線圖像，其具體流程如圖2所示。

圖2 頻譜曲線圖像去噪流程

按照圖2所示的去噪流程完成對頻譜曲線圖像的處理，并根據(jù)圖像對礦山深部地質(zhì)層的具體特征進行分析。在去噪后的頻譜曲線圖像當中可以明顯看到扭曲或錯斷等現(xiàn)象，根據(jù)其分布的方向，能夠確定該礦山深部構(gòu)造當中的地質(zhì)層特征，并對其斷層性質(zhì)進行明確。同時，通過圖像可進一步對斷點兩側(cè)反射界面的落差進行測定。為了進一步查明在礦山深部斷點上斷點埋深以及錯斷地層的具體情況，可利用縱波反射方法，在地震時間剖面結(jié)構(gòu)上，布設(shè)長度在200m～350m范圍內(nèi)的橫波反射工作。通過地震數(shù)據(jù)的處理，獲取到地震時間剖面上的全部信息，并判斷各個方向上反射波組的發(fā)育程度，以及頻率，從而判斷反射波組同相軸連續(xù)性產(chǎn)生的具體位置，找出礦山深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)當中存在的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，并推測產(chǎn)生不協(xié)調(diào)現(xiàn)象的誘發(fā)原因。同時，通過對橫縱波分析能夠?qū)ΦV山深部基巖和覆蓋層的錯斷情況查明，并判斷斷層平面的具體位置。綜合上述分析，從經(jīng)過去噪處理的頻譜曲線圖像當中能夠獲取到礦山深部地質(zhì)斷層特征、平面位置以及空間展布等勘探信息，為后續(xù)礦山建設(shè)和找礦提供更加可靠的勘探結(jié)果。

4 結(jié)語

本文將礦山深部地質(zhì)勘探作為研究對象，通過引入縱橫波聯(lián)合勘探技術(shù)，對礦山深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)及具體變化特征進行分析。通過實踐研究得出，利用該方法，結(jié)合橫波反射與縱波反射各自的優(yōu)勢，能夠更加有效地查明礦山深部斷層的平面位置，并且得到更加有效、可靠的勘探結(jié)果，并為后續(xù)城鎮(zhèn)規(guī)劃、重大礦山工程項目施工提供更加科學的勘探依據(jù)。