地球物理探測(cè)技術(shù)在礦山工程中的應(yīng)用研究

聶慶雄 徐仰龍 井國(guó)騫

摘 要：地球物理勘探是一門綜合性、實(shí)用性、應(yīng)用型較強(qiáng)的專業(yè)。近年來(lái)，隨著我國(guó)礦山工程建設(shè)的不斷加快，地球物理探測(cè)技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于礦山工程建設(shè)當(dāng)中，既推進(jìn)了礦山工程建設(shè)的順利開展，也促進(jìn)了地球物理探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。一批批新設(shè)備、新技術(shù)和新方法成功推廣，為礦山工程設(shè)計(jì)、勘察、施工、后期評(píng)估提供了大量的數(shù)據(jù)信息，確保了礦山工程建設(shè)水平的不斷發(fā)展。上述這些充分說(shuō)明了地球物理探測(cè)技術(shù)的重要性，也在鼓勵(lì)我們不斷學(xué)習(xí)、不斷探究地球物理探測(cè)技術(shù)在礦山工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地球物理探測(cè)技術(shù)；礦山工程；應(yīng)用研究

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量不斷增加，加強(qiáng)礦山工程建設(shè)成為緩解資源需求與保障能力之間矛盾的重要途徑。然而，隨著礦山工程建設(shè)不斷推進(jìn)，各種隱患和問(wèn)題也逐漸涌現(xiàn)出來(lái)。因此，在工作中，需要我們加強(qiáng)物理探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，充分發(fā)揮物理探測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，確?？辈楣ぷ鞯目茖W(xué)性與合理性，以提高工作效率和質(zhì)量，為礦山工程建設(shè)提供重要的技術(shù)支撐，最大程度的確保生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)礦山工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。

1 地球物理勘查的技術(shù)方法

地球物理勘查是以勘查對(duì)象的物理性質(zhì)和數(shù)理理論為基礎(chǔ)，以發(fā)現(xiàn)地球物理差異為手段，解釋和推斷工程地質(zhì)勘察、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和工程結(jié)構(gòu)病害檢測(cè)問(wèn)題為主要任務(wù)的前沿地質(zhì)學(xué)科。在礦山工程地質(zhì)勘察中，地球物理探測(cè)技術(shù)扮演的角色越來(lái)越重要，現(xiàn)已成為主要勘查手段。

2 電法勘探方法在礦山工程地質(zhì)中的應(yīng)用

2.1 激發(fā)極化法在礦山工程地質(zhì)中的應(yīng)用

激發(fā)極化法是根據(jù)巖石、礦石的激發(fā)極化效應(yīng)來(lái)尋找金屬和解決水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等問(wèn)題的一組電法勘探方法。常用的電極排列有中間梯度排列、聯(lián)合剖面排列、固定點(diǎn)電源排列、對(duì)稱四極測(cè)深排列等。也可以用使礦體直接或間接充電的辦法來(lái)圈定礦體的延展范圍和增大勘探深度。在實(shí)際地質(zhì)應(yīng)用方面，初期的激電法主要用于助A硫化金屬礦床，后來(lái)發(fā)展到諸多領(lǐng)域，如工程地質(zhì)問(wèn)題等。近年來(lái)，激電法找水效果十分顯著，被譽(yù)為“找水新法”。早在上世紀(jì)60年代，國(guó)外學(xué)者就提出了用激電二次場(chǎng)衰減速度找水的思想。而我國(guó)也開展了有關(guān)研究，就是利用其激電法找水或確定地層的含水性。

2.2 高密度電法在礦山工程地質(zhì)中的應(yīng)用

高密度電法指的是直流高密度電阻率法，但由于從中發(fā)展出直流激發(fā)極化法，所以統(tǒng)稱高密度電法。高密度電阻率法實(shí)際上是一種陣列勘探方法，野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極（幾十至上百根）置于測(cè)點(diǎn)上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。我國(guó)是從20世紀(jì)末期開始研究高密度電法及其應(yīng)用技術(shù)，從理論方法和實(shí)際應(yīng)用的角度進(jìn)行了探討并完善。目前，高密度電法與常規(guī)電阻率法相比，高密度電法最大的優(yōu)點(diǎn)是野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，提高了數(shù)據(jù)采集速度，避免了手工誤操作。同時(shí)隨著地球物理反演方法的發(fā)展，高密度電法資料的電阻率成像技術(shù)也從一維和二維發(fā)展到三維，極大地提高了地電資料的解釋精度。高密度電法應(yīng)用領(lǐng)域比較廣，尤其在水文和工程地質(zhì)勘查方面，一般與激發(fā)極化法相結(jié)合，這樣不僅可以降低地球物理解釋的多解性，而且還可以提高找水的成功率。高密度電阻率法在確定高阻或低阻地質(zhì)體具有優(yōu)越性，但低阻地質(zhì)體并不代表富含地下水，可能是由于泥巖引起地層的電阻率下降。這時(shí)，可以通過(guò)使用激電法來(lái)區(qū)分含水地層和泥巖，因?yàn)榧る姸螆?chǎng)與巖石的孔隙有關(guān)，在純粹泥巖中極化率比較小，在含水砂礫巖中極化率比較大。此外二次場(chǎng)的衰減速度也與孔隙的大小、形狀和寬窄有關(guān)，這就是激電法找水的機(jī)理所在。

2.3 瞬變電磁法在礦山工程地質(zhì)中的應(yīng)用

瞬變電磁法，是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間利用線圈或接地電極觀測(cè)地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場(chǎng)，從而探測(cè)介質(zhì)電阻率的一種方法。瞬變電磁法最初是由前蘇聯(lián)學(xué)者在20世紀(jì)30年代提出用于解決地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題，在我國(guó)，該方法研究始于70年代，直到90年代后才逐步向工程檢測(cè)、環(huán)境、災(zāi)害等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。不過(guò)，雖然瞬變電磁法的工作效率高，但也不能取代其它電法勘探手段，這是因?yàn)樗沧冸姶欧ó?dāng)遇到周邊有大的金屬結(jié)構(gòu)時(shí)地面或空間的金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，所測(cè)到的數(shù)據(jù)不可使用，此時(shí)應(yīng)補(bǔ)充直流電法或其它物探方法。同時(shí)在地層表面遇到大量的低阻層礦化帶時(shí)瞬變電磁法也不能可靠的測(cè)量，因此在選擇測(cè)量時(shí)要考慮地質(zhì)結(jié)構(gòu)。因此，在測(cè)量過(guò)程中，要隨時(shí)記錄地表可見的巖石特征，裝置的傾角以及高程，以便在后續(xù)的解釋中，準(zhǔn)確的劃分地層構(gòu)造。同時(shí)在進(jìn)入工區(qū)前盡量尋找已知地層的基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2.4 可控源音頻大地電磁法在礦山工程地質(zhì)中的應(yīng)用

可控源音頻大地電磁法是電磁法的一種，它的主要特點(diǎn)是用人工控制的場(chǎng)源做頻率測(cè)深。采用人工場(chǎng)源可以克服天然場(chǎng)源信號(hào)微弱的缺點(diǎn)，但是波的非平面波特性決定了處理資料時(shí)的復(fù)雜性?？煽卦匆纛l大地電磁法采用可控制人工場(chǎng)源，測(cè)量由電偶極源傳送到地下的電磁場(chǎng)分量，兩個(gè)電極電源的距離為1～2千米，測(cè)量是在距離場(chǎng)源5～10千米以外的范圍進(jìn)行，此時(shí)場(chǎng)源可以近似為一個(gè)平面波。由于該方法的探測(cè)深度較大，并且兼有剖面和測(cè)深雙重性質(zhì)，因此具有諸多優(yōu)點(diǎn)。比如它是利用改變頻率而非改變幾何尺寸進(jìn)行不同深度的電測(cè)深，提高了工作效率，一次發(fā)射可同時(shí)完成7個(gè)點(diǎn)的電磁測(cè)深。并且它的高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻層，與大地電磁法和音頻大地電磁法法相同，可控源音頻大地電磁法也受靜態(tài)效應(yīng)和近場(chǎng)效應(yīng)的影響，可以通過(guò)多種靜態(tài)校正方法來(lái)消除靜態(tài)效應(yīng)的影響。

結(jié)束語(yǔ)

總之，目前地球物理勘查法已經(jīng)引進(jìn)現(xiàn)代電子計(jì)算器技術(shù)，進(jìn)一步壓制干擾，提高分辨能力，提取更多的有用信息，發(fā)展反演的理論和技術(shù)，提高各類地質(zhì)問(wèn)題的地球物理解釋、推斷效果并不斷提高地球物理數(shù)據(jù)處理的工作效率和圖像處理技術(shù)。而地球物理勘探技術(shù)在未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要是向高精度、多功能、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展。同樣，現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)理論的發(fā)展，也促使了礦山深部地質(zhì)問(wèn)題的研究愈顯重要，而應(yīng)用于這方面研究的地球物理勘探方法，已顯示出其潛力和優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖波.探討地球物理探測(cè)技術(shù)在程勘察中的應(yīng)用[J].科技廣場(chǎng)，2015，（3）.