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        物探方法(CSAMT法、微動法)及物探設(shè)備在螢石礦采空區(qū)探測中的效果研究

        2022-11-24 03:54:54余本旺
        中國設(shè)備工程 2022年21期

        余本旺

        (江西省地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊(duì),江西 南昌 330095)

        江西省上饒市蓮花鄉(xiāng)螢石礦位于上饒市潘村,礦區(qū)含潘村礦體。礦區(qū)于1958~1993年進(jìn)行小規(guī)模開采。20世紀(jì)90年代,開展了礦區(qū)的詳查工作,投入鉆探1817.64m,坑道探154m,探槽670m3,化學(xué)分析樣162個,查明了一處中型螢石礦床。礦山分別開拓了+450m、+430m、+400m、+370m、+340m、+310m、+280m、+256m等中段,目前,+280m中段以上基本被采空。江西蓮花山礦山實(shí)業(yè)有限公司為查明鄱陽縣蓮花山螢石礦二采區(qū)采空情況,在蓮花山螢石礦二采區(qū)(下文稱勘查區(qū))進(jìn)行物探勘查工作。物探工作的目的是查明采空區(qū)分布情況、分布特征、埋藏深度及采空區(qū)含水情況。

        1 項(xiàng)目概況

        1.1 地形地貌

        勘查區(qū)地處皖贛邊境構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌區(qū)。高度140~430m,相對高差290m,總體呈—北東向延伸的長條形山間洼地起伏分布。地形切割強(qiáng)烈,坡勢較陡,植被茂盛。

        1.2 交通概況

        蓮花山螢石礦區(qū)距鄱陽縣54km,礦區(qū)有鄉(xiāng)道、省道與外界相連,交通較為方便。

        1.3 地層

        勘查區(qū)附近地層有第四系全新統(tǒng)、中元古界雙橋山群上亞群。各地層由老至新分述如下:(1)中元古界變質(zhì)巖,巖性主要有變凝灰質(zhì)粉砂巖、砂巖、板巖等。(2)第四系(Q4),主要分布在勘查區(qū)的山間溝谷內(nèi),巖性為黏質(zhì)粉土、粉砂質(zhì)黏土、砂礫石。結(jié)構(gòu)松散,厚度一般1~15m。

        1.4 巖漿巖

        主要沿北東斷裂上盤侵入,呈脈狀產(chǎn)出。規(guī)模較小,與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致。其巖性主要為花崗閃長巖,中?;◢弾r結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物成分,石英、斜長石、鉀長石、黑云母、角閃石、黝簾石、綠簾石及絹云母少量。

        1.5 區(qū)域構(gòu)造

        區(qū)域內(nèi)斷裂及褶皺構(gòu)造發(fā)育,褶皺構(gòu)造主要是北東向背斜、同斜緊密及倒轉(zhuǎn)線型褶皺。斷裂構(gòu)造主要以北東向?yàn)橹鳎傮w走向北東,傾向南東,傾角75°,為主要控礦構(gòu)造。

        1.6 巖層(體)的富水性

        區(qū)內(nèi)主要有3大類含水巖層,即中元古界雙橋山群上亞群淺變質(zhì)巖系、燕山期花崗巖風(fēng)化帶及第四紀(jì)松散層。

        (1)第四系松散層水。分布于低山丘陵山麓及溝谷之間,主要為殘坡積層水和沖洪積層水。

        (2)花崗巖風(fēng)化帶水。巖性為中粗粒似斑狀黑云母花崗巖,風(fēng)化層深度10~20m,因受構(gòu)造影響較強(qiáng)地段發(fā)育深度可達(dá)百余米,在坑道中常見礦體兩側(cè)花崗巖的風(fēng)化蝕變,并呈現(xiàn)出賦水及漏水現(xiàn)象。

        (3)雙橋山群上亞群淺變質(zhì)巖風(fēng)化帶水。巖性主要為綠泥絹云板巖、板巖,該類巖石堅(jiān)硬致密,本身不含水或弱含水。

        (4)構(gòu)造裂隙水。礦區(qū)各類巖石受構(gòu)造破壞后,構(gòu)成裂隙地段,富含裂隙水。上部地下水沿未充填、半充填構(gòu)造裂隙或接觸帶進(jìn)入坑道,該含水帶是深部礦坑充水的主要來源。與地下水活動有著密切的關(guān)系,沿?cái)鄬用娴V坑均有不同程度的滴水、淋水現(xiàn)象。

        2 物探工作方法

        2.1 物探方法選擇

        根據(jù)物探工作目的及探測目標(biāo)體的大致埋深和規(guī)模,物探工作主要采用可控源音頻大地電磁測深法和天然面波法(微動)。

        2.2 巖石地球物理特征

        (1)電性特征??辈閰^(qū)巖土層電性特征如下分述:①第四系(Q):礫石、亞黏土、亞砂土視電阻率區(qū)間值為50~200Ω·m。②中元古界雙橋山群上亞群:巖性主要有、板巖、砂質(zhì)板巖、變凝灰質(zhì)粉砂巖,砂巖等。其電阻率區(qū)間值為100~2000Ω·m。③巖漿巖:中粗粒似斑狀黑云母花崗巖,視電阻率區(qū)間值為600~100000Ω·m。

        (2)波速特征。物探工作應(yīng)以地球物理特征的差異性為基礎(chǔ),物探野外工作應(yīng)實(shí)際考慮野外地形地貌條件。通過表1可以看出,勘查區(qū)內(nèi)為構(gòu)造角礫巖及充填型石英脈(或蛋白石)發(fā)育,巷道采空區(qū),如果采空區(qū)或松散區(qū)則表現(xiàn)出低波速以及低阻特征,如果地層完整沒遭到破壞,則表現(xiàn)出高阻、高波速的特征,巷道采空區(qū)與周邊圍巖分界面處都表現(xiàn)為高波阻抗。

        表1 場地土的分類和橫波波速范圍

        2.3 物探設(shè)備

        (1)可控源音頻大地電磁測深法。物探工程設(shè)備使用美國ZONGE公司生產(chǎn)的GDP-32II電法工作站進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。圖1為GDP-32II多功能電法工作站接收機(jī),圖2為GDP-32II多功能電法GGT-30型30kW大功率發(fā)射機(jī)。

        圖1 GDP-32II多功能電法工作站接收機(jī)

        圖2 GDP-32II多功能電法GGT-30型30kw大功率發(fā)射機(jī)

        (2)微動法。微動儀器設(shè)備采用合肥國為電子有限公司的GN201微動探測系統(tǒng)。圖3為針對高精度三分量拾震器研制的專用微動數(shù)據(jù)采集器,圖4為微動探測中基本外接設(shè)備。

        圖3 GN201微動探測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集器外觀

        圖4 微動探測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中基本外接設(shè)備示意圖

        GN201可選用無線傳輸技術(shù)及相應(yīng)配件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控,工作人員可自由配置采樣參數(shù),實(shí)時判斷采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量,便于及時調(diào)整工作方式,同時可并行回收多個數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù),故只需簡便的操作即可高效完成數(shù)據(jù)采集工作。

        3 物探探測成果的地質(zhì)解析

        3.1 CSAMT法

        (1)CSAMT法3線物探剖面解釋。3線剖面卡尼亞電阻率值區(qū)間為12~158500Ω·m。在剖面里程號5~90m有一條斷層破碎帶經(jīng)過,命名為F2。F2傾向大號點(diǎn)(南東向),傾角約為75°,向下延伸至剖面標(biāo)高150m處。對應(yīng)在斷裂破碎帶位置近地表附近均有明顯的圓形、橢圓形閉合狀低電阻異常,符合斷層上部礦采形成含水采空區(qū)異常特征(見圖5)。

        圖5 CSAMT3線綜合剖面圖

        (2)CSAMT法4線物探剖面解釋。4線剖面卡尼亞電阻率值區(qū)間為25~30000Ω·m,在剖面里程號75~95米有一條斷層破碎帶經(jīng)過,命名為F2。F2傾向大號點(diǎn)(南東向),傾角約為75°,向下延伸至剖面標(biāo)高150m處。對應(yīng)在斷裂破碎帶位置近地表附近均有明顯的圓形、橢圓形閉合狀低電阻異常,符合斷層上部礦采形成含水采空區(qū)異常特征(見圖6)。

        圖6 CSAMT4線綜合剖面圖

        3.2 微動法

        (1)微動3線物探解釋。由3線微動Vs反演剖面圖可知(圖7),整個斷面的層位清晰明顯,波速整體來看從上到下漸變增大,反映出了剖面線上波速由地表覆蓋層、礫石——淺部風(fēng)化板巖、花崗巖——下部完整板巖、花崗巖及變質(zhì)巖逐步抬高的變化特點(diǎn)。從3線剖面上看波速異常由地表80~90號點(diǎn)淺部存在一低速凹槽帶,寬度7m左右,標(biāo)高范圍在+330~+450m,異常波速在300~1100m/s左右,推測為原有采空區(qū)(巷道)及附近豎井引起;地表90~100號點(diǎn)淺部存在一低速帶,寬度10m左右,標(biāo)高范圍在+400~+440m左右,異常波速在500~1100m/s左右,推測為原有采空區(qū)(巷道)引起。

        圖7 微動3線綜合剖面圖

        (2)微動4線物探剖面解釋。由4線微動Vs反演剖面圖可知(圖8),整個斷面的層位清晰明顯,波速整體來看,從上到下漸變增大,反映了剖面線上波速由地表覆蓋層、礫石——淺部風(fēng)化板巖、花崗巖——下部完整板巖、花崗巖及變質(zhì)巖逐步抬高的變化特點(diǎn)。從4線剖面上看波速異常由地表80號點(diǎn)至88號點(diǎn)淺部存在一低速凹槽帶,寬度6m左右,標(biāo)高范圍在+320~+440m,異常波速在900~1600m/s,推測為原有采空區(qū)(巷道)及附近豎井引起;地表90號點(diǎn)至100號點(diǎn)淺部存在一低速帶,寬度10m左右,標(biāo)高范圍在+330~+370m,異常波速在1100~1600m/s,推測為原有采空區(qū)(巷道)引起。

        圖8 微動4線綜合剖面圖

        綜合分析,可控源音頻大地電磁測深法和天然面波法(微動)成果,勘查區(qū)CSAMT3線75~90點(diǎn)、CSAMT4線75-95點(diǎn)點(diǎn)斷層F2發(fā)育,F(xiàn)2走向北東,傾向南東,傾角70°~75°。螢石礦采空區(qū)主要在物探線3線~4線范圍內(nèi),采空區(qū)有大致呈北東走向,由北西向南東采空界面有逐漸加深趨勢。采空區(qū)主要集中于3線80~100號點(diǎn)、4線80~100號點(diǎn)。

        4 結(jié)語

        在螢石礦采空區(qū)勘查過程中,物探可控源音頻大地電磁法對礦區(qū)的成礦斷層及采空區(qū)中的松散填充區(qū)和采空區(qū)含水部位探測效果明顯。天然面波法(微動)對采空區(qū)的平面范圍和埋藏深度的探測效果明顯。2種物探方法的綜合探測可明顯劃分采空區(qū)分布情況、分布特征、埋藏深度,確定采空區(qū)的含水情況。

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