張 超

（山東省物化探勘查院及山東省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250013）

我國(guó)是一個(gè)礦產(chǎn)大國(guó)，擁有龐大數(shù)量的礦產(chǎn)資源，并且礦山的種類(lèi)也十分豐富，以大中型礦山為主，一般情況下，礦山的分布較為均勻，同時(shí)礦產(chǎn)資源的質(zhì)量也較好。最近幾年，隨著我國(guó)礦山開(kāi)采技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，使得我國(guó)采礦工程的數(shù)量逐年增加，雖然一定程度上拉動(dòng)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與文化的發(fā)展，但同時(shí)也為當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境造成了極為嚴(yán)重的影響，不僅帶來(lái)了較大的生態(tài)壓力，也形成了許多不可逆的環(huán)境破壞，在這樣的發(fā)展背景之下，也造成了各類(lèi)自然地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的現(xiàn)狀[1]。因此，在進(jìn)行礦山施工之前，加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)的勘探已經(jīng)成為一項(xiàng)十分重要的工作，最終勘探的結(jié)果會(huì)直接影響礦山工程的實(shí)施。傳統(tǒng)的礦山勘探方法通常是以數(shù)據(jù)分析或者折射成像為主，雖然可以達(dá)到預(yù)期的勘探目的，得到相對(duì)應(yīng)的結(jié)果，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)于細(xì)節(jié)的處理還是會(huì)存在一定的誤差，這就會(huì)導(dǎo)致最終的勘探結(jié)果不準(zhǔn)確[2]。另外，由于礦山勘探通常都是露天實(shí)施，這對(duì)于部分先進(jìn)設(shè)備的使用也存在一定的局限，致使達(dá)不到預(yù)期的勘探效果。在這樣的發(fā)展背景之下，高密度電阻率法逐漸走進(jìn)了人們的視線，此方法主要是利用電阻對(duì)相關(guān)的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到勘探的目標(biāo)。不僅如此，高密度電阻法還可以在不同的環(huán)境之下進(jìn)行勘探，并且確保最終的結(jié)果的完整性、準(zhǔn)確性[3]。對(duì)比于傳統(tǒng)的勘探方法，此方法具有更強(qiáng)的靈活性和穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)于龐大勘探數(shù)據(jù)的處理效果也相對(duì)較為可靠，有利于提升勘探工作的效率和質(zhì)量，以此來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)我國(guó)礦山地質(zhì)勘探的水平。

1 高密度電阻率法在礦山地質(zhì)勘探中的應(yīng)用探析

1.1 高密度電阻異常特征確定及數(shù)據(jù)采集

在進(jìn)行勘探應(yīng)用探析之前，需要先對(duì)高密度電阻異常特征以及數(shù)據(jù)采集進(jìn)行確定。首先，進(jìn)行反演密度電阻率的推算，進(jìn)行計(jì)算，如下公式1所示：

公式1中：P表示反演密度電阻率，d表示反演范圍，β表示實(shí)測(cè)密度。通過(guò)以上計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的反演密度電阻率。將其作為各個(gè)礦床斷面層狀電性特征的推算標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將電阻性異常變化特征分為深部和淺部。分別對(duì)應(yīng)松散巖層、強(qiáng)風(fēng)化巖層、弱風(fēng)化巖層以及穩(wěn)定巖層四部分?？梢砸罁?jù)多測(cè)定的區(qū)域，首先對(duì)對(duì)應(yīng)的地區(qū)環(huán)境以及地質(zhì)特征作出識(shí)別，同時(shí)，利用專(zhuān)業(yè)的處理測(cè)量設(shè)備，獲取礦山的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，匯總整合，為后續(xù)的工作奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上根據(jù)，對(duì)安裝設(shè)備的電阻控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，一般情況下，電阻的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)依據(jù)實(shí)際的建設(shè)開(kāi)采需求來(lái)完成設(shè)定，但是隨著測(cè)量點(diǎn)的變化，還是會(huì)發(fā)生部分的誤差，所以，對(duì)于誤差要作出對(duì)應(yīng)的調(diào)整，具體如下表1所示：

表1 電阻測(cè)量點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)變化及誤差表

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)信息，最終可以完成對(duì)電阻測(cè)量點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)變化及誤差的設(shè)定與計(jì)算。完成之后，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行密集電阻測(cè)量變化率的計(jì)算，并依據(jù)計(jì)算出的變化頻率來(lái)獲取電阻運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)際差值，合理消除部分的差值，使其降至合理的范圍之內(nèi)，增強(qiáng)勘察工作的合理性以及穩(wěn)定性，最終實(shí)現(xiàn)礦山勘察區(qū)域的確定。通常情況下，松散巖層到強(qiáng)風(fēng)化巖層之間的電阻率值一般設(shè)定在15Ω左右即可，而弱風(fēng)化巖層與穩(wěn)定巖層之間的電阻設(shè)定在35Ω左右即可，這樣的形式主要呈現(xiàn)出低阻的背景，并且在低阻的環(huán)境下對(duì)相對(duì)應(yīng)的密度異常特征進(jìn)行確定。接下來(lái)，利用以上特征，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。可以在不同的異常特征層級(jí)之中，利用專(zhuān)業(yè)的設(shè)備以及儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，獲取之后，將數(shù)據(jù)匯總整合，完成高密度電阻異常特征數(shù)據(jù)的采集。

1.2 淺層勘探結(jié)構(gòu)創(chuàng)建

在完成高密度電阻異常特征確定及數(shù)據(jù)采集之后，接下來(lái)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行淺層勘探結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建?？碧降慕Y(jié)構(gòu)主要針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)勘查的過(guò)程。在高密度電阻法的輔助下，先進(jìn)行基礎(chǔ)探測(cè)層級(jí)的建立。分別為數(shù)據(jù)處理層、勘探對(duì)比層以及彈性指標(biāo)參數(shù)調(diào)整層。數(shù)據(jù)處理層主要是利用專(zhuān)業(yè)的勘查工具以及設(shè)備對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境、土質(zhì)情況、礦床完整程度以及斷裂帶延伸范圍等數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，并利用縱波反射法，結(jié)合礦山的相關(guān)介質(zhì)，對(duì)信息進(jìn)行二次整合[4]。但是在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)于數(shù)據(jù)處理的標(biāo)準(zhǔn)也是十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模枰罁?jù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)嚴(yán)格執(zhí)行，同時(shí)，在日常的勘察過(guò)程中，對(duì)于數(shù)據(jù)作出整理計(jì)算時(shí)，可以明顯地預(yù)設(shè)開(kāi)采的任務(wù)以及目標(biāo)，并且不同的測(cè)量點(diǎn)變化的對(duì)應(yīng)數(shù)值也是跳動(dòng)的，同時(shí)具有較強(qiáng)的突變性。這種模式一定程度上會(huì)增加電阻率的終值，并增加正常值存在的實(shí)際誤差。另外，各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)調(diào)動(dòng)也沒(méi)有連續(xù)性，針對(duì)上述數(shù)據(jù)處理特點(diǎn)，可以適當(dāng)?shù)乩镁C合性的電阻曲線來(lái)對(duì)前后變化情況作出評(píng)判，同時(shí)利用比值法作出對(duì)比測(cè)量，最終得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，計(jì)算實(shí)測(cè)電阻率，具體如下公式2所示：

公式2中：A表示實(shí)測(cè)電阻率，φ表示跳躍變化比，?表示跳躍誤差值。通過(guò)上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的電阻率。將其作為判別的標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)可以判斷跳點(diǎn)具體的變化的情況，并對(duì)開(kāi)采工程的相關(guān)地質(zhì)作出一定的了解，以此來(lái)避免出現(xiàn)實(shí)際異常值以及測(cè)量誤差，從而影響最終的開(kāi)采測(cè)量實(shí)測(cè)結(jié)果。

勘探對(duì)比層主要是將匯總整合完成的數(shù)據(jù)信息與實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比調(diào)整的層級(jí)。在利用高密度電阻法進(jìn)行礦山勘探的過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)彈性誤差，這部分差值雖然較小，但是對(duì)于最終的勘探結(jié)果還是會(huì)產(chǎn)生一定的影響，所以在實(shí)際測(cè)量前，需要依據(jù)電阻的變化情況和范圍，再結(jié)合測(cè)量點(diǎn)，計(jì)算核心的彈性對(duì)比點(diǎn)，利用高密度電阻率法對(duì)礦山工程勘測(cè)時(shí)，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)于部分重要區(qū)域，可以采用人工方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取與搜集，再利用鉆研的設(shè)備完成處理。依據(jù)可視化的整體電阻率形態(tài)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，同時(shí)，根據(jù)統(tǒng)一的判別標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合大數(shù)據(jù)，作出對(duì)應(yīng)的應(yīng)用處理，將數(shù)據(jù)添加在系統(tǒng)軟件之中，并且利用編程軟件下載制定特殊的程序指令，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)編程處理的方式。依據(jù)上述所設(shè)定的調(diào)整層級(jí)，進(jìn)行對(duì)比層級(jí)的完善以及優(yōu)化，具體如下表2所示：

表2 勘探對(duì)比層級(jí)設(shè)定優(yōu)化表

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)信息，最終可以完成對(duì)勘探對(duì)比層級(jí)的優(yōu)化與設(shè)定。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的修正情況，也需要時(shí)刻關(guān)注，使其與高密度的電阻運(yùn)行操作頻率相同，獲取電阻的變化波動(dòng)，觀察期是否處于合理的波動(dòng)范圍之內(nèi)，并盡量排查掉相關(guān)的外部影響因素。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)比層進(jìn)行調(diào)整。

彈性指標(biāo)參數(shù)調(diào)整層主要是對(duì)高密度電阻相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整的[5]。舉例來(lái)說(shuō)：當(dāng)遇到彈性分界面時(shí)，設(shè)備會(huì)產(chǎn)生密度的反射，而反射的信號(hào)波會(huì)經(jīng)過(guò)檢波器作出回應(yīng)，此時(shí)便需要設(shè)定出標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)波處理范圍，通常情況下，波長(zhǎng)的信號(hào)會(huì)隨著實(shí)際的勘察需求作出對(duì)應(yīng)的變化。當(dāng)波段的實(shí)際傳輸距離保持在15m以下，同時(shí)，道間距為2.055m，預(yù)設(shè)深度作用值為38rm，反射波的不連續(xù)區(qū)域極容易出現(xiàn)誤差，并且不同的波段出現(xiàn)故障誤差的幾率也是不同的。左右兩邊反射波的同時(shí)作用會(huì)產(chǎn)生極大的影響。并且由于礦山外部環(huán)境的作用，使得區(qū)域內(nèi)存在較多的被雨季水充填的空洞、巖洞以及裂縫等，這也給勘察工作造成了極大的壓力，同時(shí)使高密度電阻法最終得出的結(jié)果存在誤差。而當(dāng)信號(hào)向外傳輸時(shí)，實(shí)際是可以獲取到波長(zhǎng)的時(shí)頻信號(hào)以及振幅特征，此時(shí)在密度電阻的控制下，便可以實(shí)現(xiàn)勘探目標(biāo)的更改，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)勘查[6]。但需要注意的是，所設(shè)計(jì)的處理層級(jí)均被應(yīng)用在淺層勘探，一旦勘探深度增加，最終得出的結(jié)果就會(huì)存在差異。因此，以上便是對(duì)于淺層勘探結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建。

1.3 同位電阻重疊實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)勘探的應(yīng)用

在完成淺層勘探結(jié)構(gòu)的建立之后，接下來(lái)，利用同位電阻重疊技術(shù)來(lái)最終實(shí)現(xiàn)高密度電阻法在礦山地質(zhì)勘探的應(yīng)用。首先，需要先計(jì)算設(shè)備電阻的同位頻率，如下公式2所示：

公式2中：H便是電阻的同位頻率，g便是礦區(qū)的同位勘查范圍，通過(guò)以上計(jì)算，最終可以得出電阻的實(shí)際同位頻率。將此時(shí)勘測(cè)設(shè)備的頻率均調(diào)整在計(jì)算出的頻率數(shù)值上，進(jìn)行重疊勘探，并確定勘探的極限范圍內(nèi)，計(jì)算實(shí)際的重疊面積，如下公式3所示：

公式3中：D表示實(shí)際的重疊面積，s表示電阻的迎合距離，δ表示存在的誤差距離。通過(guò)計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的勘探重疊面積，重疊面積為反復(fù)勘測(cè)面積，對(duì)重疊面積以外的范圍進(jìn)行二次勘測(cè)，完成二次勘測(cè)之后，需要對(duì)將勘測(cè)的底層劃分為淺層區(qū)域和深層區(qū)域，同時(shí)，利用三維分布還原法以及高密度電阻法進(jìn)行礦山勘察色譜圖像的制作，并利用相關(guān)的數(shù)據(jù)信息對(duì)其作出還原，在勘察出的堆疊面積范圍之內(nèi)，設(shè)定隔離限制區(qū)域，此區(qū)域主要是為了應(yīng)對(duì)無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)量的對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)所設(shè)定的，以此來(lái)降低誤差的出現(xiàn)，最終得出的結(jié)果以及數(shù)據(jù)信息具有準(zhǔn)確性、可靠性。

2 實(shí)例分析

本次實(shí)例分析選取Q礦山為主要的分析對(duì)象，并對(duì)高密度電阻法在其勘探中的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 Q礦山地質(zhì)勘探現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

Q礦區(qū)位于我國(guó)的東北部地區(qū)，主礦區(qū)處在某大型磁鐵礦山露天采場(chǎng)之內(nèi)，此礦區(qū)的面積較大，并且礦床發(fā)育的相對(duì)較為完整，破碎礦床的數(shù)量?jī)H在4%左右，這表明該礦區(qū)礦產(chǎn)資源整體的質(zhì)量較高。采場(chǎng)內(nèi)礦脈呈片狀向外延伸，并且延伸的面積較廣。礦區(qū)的斷裂帶較少，但是地質(zhì)環(huán)境較為多樣化，土質(zhì)相對(duì)較為疏松。所以，面對(duì)這樣的現(xiàn)狀，無(wú)疑是增加了勘探的難度。在勘探時(shí)，Q礦山的采空區(qū)較多，這在一定程度上增加了開(kāi)采施工的安全隱患，同時(shí)也阻礙了礦山開(kāi)采的進(jìn)度。另外，由于礦區(qū)是處于磁場(chǎng)的采集區(qū)的內(nèi)部，在進(jìn)行勘探的過(guò)程中，對(duì)于部分勘探設(shè)備的使用也會(huì)造成一定的影響，進(jìn)而使最終的勘探結(jié)果出現(xiàn)誤差。所以，需要設(shè)計(jì)更加高效的應(yīng)用方法進(jìn)一步提升勘探的整體效率和質(zhì)量。

2.2 勘探應(yīng)用探析

通過(guò)對(duì)上述Q礦區(qū)現(xiàn)狀的了解，進(jìn)行勘探實(shí)例應(yīng)用的分析，具體的分析步驟如圖1所示。

圖1 Q礦區(qū)勘探應(yīng)用分析步驟圖

根據(jù)圖1中的分析，可以了解到勘探應(yīng)用的相關(guān)情況，將得出的數(shù)據(jù)信息添加在數(shù)據(jù)處理軟件之中作出匯總整合，對(duì)比其是否還處于正常的勘察范圍之中，如果存在誤差，需要找出誤差測(cè)量點(diǎn)，并消除誤差數(shù)值，如果不存在誤差，則可以采用高密度電阻法，將設(shè)備的電阻依據(jù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)完成實(shí)際的設(shè)定，在堆疊面積之內(nèi)，將數(shù)據(jù)作出調(diào)整，計(jì)算最終的均方誤差，計(jì)算對(duì)應(yīng)的反演比值，進(jìn)行反演推算，預(yù)測(cè)礦山開(kāi)采的結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，重新設(shè)定電阻的密度比值，創(chuàng)建新的預(yù)設(shè)環(huán)境，重新進(jìn)行測(cè)試，依據(jù)上述的方式，獲取數(shù)據(jù)，計(jì)算誤差，得出最終的反演比值。經(jīng)過(guò)上述的計(jì)算與推演，完成礦山地質(zhì)的勘察工作，最終可以得出應(yīng)用高密度電阻率法前后勘探應(yīng)用的效果的不同，對(duì)其進(jìn)行分析，具體如下表3所示。

表3 勘探應(yīng)用結(jié)果分析表

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)信息，可以得出最終的結(jié)論：在應(yīng)用高密度電阻法對(duì)礦山地質(zhì)進(jìn)行勘探之后，所得出的反演比值相對(duì)較高，這表明在高密度電阻法的作用之下，勘探的范圍和效果都有了明顯的提升，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，便是對(duì)高密度電阻率法在礦山地質(zhì)勘探中的應(yīng)用研究。此方法對(duì)比于傳統(tǒng)的勘探方法具有更強(qiáng)的可靠性，并且適用于各種勘探環(huán)境，這在一定程度上就極大地降低了勘探的成本。同時(shí)，還可以側(cè)面反映出勘探存在的問(wèn)題，以科學(xué)的方式加以解決，并確保最終勘探結(jié)果的穩(wěn)定性與真實(shí)性，進(jìn)而增強(qiáng)我國(guó)礦山勘探的技術(shù)水平。