陳亞萍 陳 剛

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730022）

0 引言

電磁頻譜技術(shù)是以電磁感應(yīng)理論為基礎(chǔ)，以功率較大的天然電磁場為場源，探索地面和地殼的能源規(guī)律，進(jìn)而認(rèn)識地球結(jié)構(gòu)的技術(shù)，電磁頻譜技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，具有非常深的勘探深度、很少受到高阻層的干擾、很強(qiáng)的識別功能、等值區(qū)域范圍窄以及成本低的特點(diǎn)，在地質(zhì)勘查方面非常受歡迎。

電磁頻率的主要主場來源是太陽、大日黑子運(yùn)動和電閃式雷擊，由于太陽電離輻照而產(chǎn)生了強(qiáng)大的粒子電流，當(dāng)其突破了圍繞地面的電離層后，再轉(zhuǎn)化為波，電離層層避開了地表，而不斷向巖石地層里輸送電能，因此應(yīng)該認(rèn)為是在地表上垂直入射光的，而平面波地下各類巖石之間也存在截然不同的巖性狀態(tài)，筆者一般都將其視作水平層狀介質(zhì)，因為它們巖性之間都存在截然不同的物理學(xué)特征，所以有不同的波界面產(chǎn)生。電磁波在通過波阻力頁面時形成的反映，通過在巖層收集和研究從不同波阻力頁面反映的電磁波，就能夠獲得巖層阻力率，它能夠結(jié)合地貌，通過波阻力深淺變化對土層的巖性、磁性等進(jìn)行多方面分析。

1 基于電磁頻譜技術(shù)的不良地質(zhì)金礦床定位預(yù)測方法設(shè)計

礦產(chǎn)資源的定量預(yù)報是一項在不確定條件下做出最優(yōu)投資決策的工作流程，它是一個比較復(fù)雜的工程，需要學(xué)者有扎實(shí)的地質(zhì)學(xué)理論基礎(chǔ)，并以現(xiàn)代成礦學(xué)說和傳統(tǒng)地質(zhì)勘探勘探的評估理論為指導(dǎo)，綜合應(yīng)用各種設(shè)施先進(jìn)的勘探技巧、數(shù)據(jù)處理技術(shù)與方法，也就是GIS方法。

1.1 不良地質(zhì)金礦的初步預(yù)測

金礦預(yù)測，需要勘查金礦預(yù)測的圖表，金礦預(yù)測圖是通過整理靶區(qū)層及分布后得到的成果圖來獲得的。靶區(qū)礦床模型可以幫助靶區(qū)圈定，進(jìn)而預(yù)測單元的各種金礦分布，然后預(yù)測要素與實(shí)際模式契合程度，以GIS平臺為數(shù)據(jù)驅(qū)動平臺，用數(shù)據(jù)驅(qū)動理的依據(jù)，采用以專家主導(dǎo)作為行為模式，對各個靶區(qū)進(jìn)行人機(jī)呼喚式地選擇和歸類。

無磁力的平衡導(dǎo)線是GIS定量估計方法，當(dāng)電磁性波發(fā)送到地面以下時，麥克斯韋方程式組就可簡化為亥姆霍茨方程式組。假定介質(zhì)是同性質(zhì)的，通過電場技術(shù)能夠沿軸移動，那么對亥姆霍茨方程組就可進(jìn)行簡化處理，得出公式（1）和公式（2）。

式中：為穿透深度，為地層電阻率，為電磁波在地殼中的傳播頻數(shù)，是系數(shù)。

式中：E為水平軸電場強(qiáng)度大??；H為豎直軸磁場強(qiáng)度；為電磁的角頻率；為絕對導(dǎo)磁率；為波阻止界面的電阻率。

按照亥姆霍茨方程，如果地殼深度不變，巖層電阻率就不會變，所以對從這個深度出發(fā)的地殼，可將電阻率與深度看作存在必然的關(guān)聯(lián)，如公式（3）所示。

經(jīng)過坐標(biāo)平移變換并整理后，式（1）可變?yōu)槭剑?）。

式中：為地層深度，可由實(shí)際測得，實(shí)現(xiàn)不良地質(zhì)金礦的初步定位。

1.2 不良地質(zhì)下金礦位置預(yù)測

在水平均勻的介質(zhì)中，根據(jù)式（3）和式（4），可以求得第層介質(zhì)的明面上的阻止值。

式中：ρ、h、k分別為第層介質(zhì)的電阻率、厚度和波的頻數(shù)，為地面上的阻止系數(shù)，（）為第層介質(zhì)的對抗。

對3層斷面，式（5）可寫為式（6）。

式中：當(dāng)ρ＞ρ時，代表雙曲余切函數(shù)，如果結(jié)果相反，就會使用雙曲正切函數(shù)。根據(jù)式（4），得到相對電阻率公式，如公式（7）所示。

設(shè)定、、的值，給出已知頻數(shù)，結(jié)合式（4），就可以獲得多層的正切曲線。由于所測得的電阻率曲線隨深度而改變，與已知鉆取的電阻率曲線相同的其他地質(zhì)分層資料進(jìn)行對比，得到了采樣間隔參數(shù)。，如公式（8）所示。

各種預(yù)計的金礦位置計算出來后，就需要劃分為采礦有利位置和成礦不利位置，需要確認(rèn)預(yù)計位置。但也只能對金礦位置超過統(tǒng)計量的預(yù)測才有機(jī)會進(jìn)入預(yù)測位置，只有這樣，才能確定不良金礦的位置。

采用頻率分布法預(yù)測時，根據(jù)有礦與無礦的不同的單位分布，在單元特征向量看出其分布圖，如圖1所示，曲線的第一個波谷讀取的數(shù)值是1.3，所以臨界值就是1.3。

當(dāng)用概率分布法預(yù)測時，由于優(yōu)秀的礦與不良的礦是混合在一起分布的，應(yīng)該在概率圖紙上制作成礦位置的分布曲線，其拐點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為閾值；也可以將成礦位置的單元頻數(shù)用2條直線畫出來，它們的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)稱為閾值。根據(jù)兩條直線的交點(diǎn)確定概率分布曲線的臨界值為1.3，如圖1所示。

圖1 金礦分布預(yù)測圖

2 試驗

2.1 試驗?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)備

為了大型、超大型金礦床的GIS預(yù)報模型準(zhǔn)備，往往需要深入研究大型、超大型銅礦床和小型金礦床之間的關(guān)聯(lián)，并且將金礦床密集地區(qū)的形態(tài)與分布作為客觀的有機(jī)整體。重點(diǎn)是在采用GIS定量預(yù)測方法時，如果自動篩選，選出的預(yù)測單元很可能出現(xiàn)不真實(shí)的預(yù)測單元。在選擇和評價時，就得根據(jù)重砂異常、礦化信息等預(yù)測要素，進(jìn)一步挑選預(yù)測單元，去掉不真實(shí)的預(yù)測單元，只有這樣，才能給出正確的地質(zhì)評價。

不良地質(zhì)金礦床定位預(yù)測具體過程如下：1）選取不良地質(zhì)可能賦存區(qū)段。2）獲取圍巖的元素與礦物成分含量信息。3）不良地質(zhì)異常信息的提取，在步驟（2）執(zhí)行過程中，根據(jù)采集礦物數(shù)據(jù)確定元素和礦物異常界限值。4）對異常信息進(jìn)行合并分析，對可能存在的金礦床進(jìn)行位置預(yù)測。

2.2 試驗?zāi)Ｐ偷倪\(yùn)行

預(yù)測模型包括預(yù)測變量的提取和研究，然后總結(jié)出來金礦位置規(guī)律的試驗，在電腦上表達(dá)GIS技術(shù)的過程，只有用GIS技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)分析方法的定量預(yù)測。為了研究GIS平臺的金礦成礦的分布情況和質(zhì)量，要提取可能與礦化作用有關(guān)系的所有數(shù)據(jù)。

本次預(yù)測中基礎(chǔ)地質(zhì)信息主要為實(shí)體圖層，包括各種點(diǎn)、線、面的空間，此外，還有空間屬性數(shù)據(jù)庫?；叫畔⒑臀锾街亓Υ欧ㄐ畔⒂蒅IS數(shù)據(jù)提供，化探的異常是將化探數(shù)據(jù)處理后形成的化探數(shù)據(jù)庫，空間實(shí)體圖是由空中衛(wèi)星的影像數(shù)據(jù)組成的，將數(shù)據(jù)破譯后，就會形成線環(huán)構(gòu)造、蝕變和地層等各種推斷的空間實(shí)體圖層以及空間數(shù)據(jù)庫。為了獲取地質(zhì)金礦床定位信息，需要對巖礦地層情況與巖礦地層斷裂構(gòu)造進(jìn)行定量化分析，以下為具體操作。

把成礦地層玄武巖圖層與網(wǎng)格單位圖層相互對比，如果網(wǎng)格單位圖層出現(xiàn)異常，則把空間數(shù)據(jù)庫金礦的地層字段用1來賦值，否則就用0來賦值。

斷裂的特點(diǎn)非常多，例如方向、位置、性質(zhì)以及密度等均有特點(diǎn)。本次預(yù)測的斷裂位置比較集中，主要為級別較低的斷裂構(gòu)造，為此需要有很多遙感線性斷裂信息要補(bǔ)充，否則，就無法進(jìn)行密度計算。因為大多數(shù)區(qū)域斷裂得不嚴(yán)重，而且現(xiàn)在礦床的屬性可能已經(jīng)與成礦時期的屬性截然不同，所以對沒必要對斷裂位置進(jìn)行提取。這次試驗的斷裂按照預(yù)測模型，提供的斷裂信息是方向不同的，然后提取主要的斷裂位置，用來控制其影響的范圍。為此，需要對斷裂方向進(jìn)行篩選，然后對其進(jìn)行整理，最后才能重新構(gòu)造圖層。

對每組斷裂結(jié)果進(jìn)行分析，分析的結(jié)果會統(tǒng)計其影響成礦的域的大小，并以此來設(shè)置緩沖區(qū)，來確定此組斷裂的緩沖區(qū)面圖層位置。檢驗斷裂方向信息，一般采用將斷裂圖層按照其斷裂走向，將它們分別記入數(shù)據(jù)庫里，然后按照走向角度的22.5度為基準(zhǔn)，劃分為NWW、NW、NNW、NS、NNE、NENEE以及EW等8個方向組，每組角度區(qū)間長為22.5，分別形成單獨(dú)的斷裂線圖層。

根據(jù)金礦床的斷裂特征、方向的不同，將不同的方向與原始金礦床對比后，得到結(jié)果為NS，NNE， NNW和NW向斷裂與原始的成礦最有關(guān)系。計算方向組斷裂位置到已知金礦的距離，會得到一個分布統(tǒng)計表或者統(tǒng)計分布曲線，進(jìn)而獲得其成礦影響的范圍，如圖2所示。

根據(jù)圖2的斷裂與金礦的地點(diǎn)的距離，確定各個方與斷裂緩沖區(qū)的距離數(shù)據(jù)：NS向斷裂1 km， NN向斷裂1 km，NNW向斷裂1.5 km， NW向斷裂0.5 km。按照不同的距離，設(shè)置了不同的斷裂緩沖區(qū)，然后對比圖層與網(wǎng)格單元圖層是否不一致，如果不一致，則其斷裂方向的賦值為1，否則賦值為0。

圖2 斷裂與礦點(diǎn)距離統(tǒng)計圖

數(shù)據(jù)處理完畢后，會形成3個不同的異常等級，由于較低的化探異常也可能有金礦分布，所以所有級別異常都作為可以進(jìn)行化探的地方，不要區(qū)分它們。把該圖層與網(wǎng)格單元圖層相交，如果出現(xiàn)了相交的情況，則其空間數(shù)據(jù)庫對應(yīng)元素化探異常的賦值為1，否則賦值為0。

2.3 試驗結(jié)果

通過收集不良地質(zhì)金礦預(yù)測的地質(zhì)、物化探、遙感、重砂及部分圖表和資料，用 GIS 技術(shù)將數(shù)據(jù)實(shí)實(shí)施監(jiān)測后，運(yùn)用特征分析法，給出了定量金礦分布的預(yù)測結(jié)論。通過上述試驗的運(yùn)行，得到以下結(jié)果：1）研究區(qū)的金礦是卡林型的，主要受中、后世代福源‐彌勒基底斷層構(gòu)造‐巖漿‐流體及沉積蓋層的逆沖推覆褶皺‐斷層的影響，礦體均在玄武巖的共同接觸面上的上沉火山灰?guī)r層中。2）將物化遙重砂的標(biāo)記信息與已知金礦點(diǎn)進(jìn)行對比，經(jīng)GIS方式進(jìn)行計算，玄武巖的不融合面、NS向斷層1km區(qū)、NNE向斷層1km區(qū)、NNW向斷層1.5km區(qū)、NW向斷層0.5km區(qū)、金元素反常、汞元素異常、是重要的控礦因素，利用這些控礦因素可以進(jìn)行定位礦標(biāo)記，該標(biāo)記可選為本區(qū)的預(yù)測變量。3）預(yù)測工作最終提出了A、B、C三類，共18處的礦業(yè)資源普查靶區(qū)，選取中4處A類靶區(qū)的預(yù)期證據(jù)充足，且與已有金礦配合程高，可以率先進(jìn)行金礦定位工作。B級靶區(qū)次之，重要成礦要素基本都齊全，且成礦條件滿足地質(zhì)學(xué)成礦的條件的80%，可以把它作為重點(diǎn)定位預(yù)測區(qū)域。C類靶區(qū)則根據(jù)目前資料認(rèn)為資源潛力較小，且預(yù)測依據(jù)與成礦條件匹配程度均不高，因此沒必要做太多的地質(zhì)勘探工作。

3 結(jié)論

綜上所述，不良地質(zhì)金礦現(xiàn)象產(chǎn)生的前提條件是由于具有巨大礦山水害資源以及政府對礦井的水害資源管理政策失控，從而導(dǎo)致礦山內(nèi)意外充水，進(jìn)而造成了礦山水害事件。因此，必須在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下，通過采用多頻率域電磁法勘探技術(shù)等物探方面的手段，及早預(yù)測了礦山水害源，然后再有的放矢地輔以勘探手段，精確監(jiān)測礦山水害資源，才能制定切實(shí)可行的防水保護(hù)措施，以便于有效防止礦山事件發(fā)生。