高精度重磁技術(shù)在礦山采區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

陳秀清，甯 艷，鄧唯淅，周茜茜

（成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，工程與環(huán)境物探實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059）

長(zhǎng)期以來，采空區(qū)勘探是物探工作中的難題，其對(duì)礦山采空區(qū)的位置、穩(wěn)定性以及邊界范圍的勘查、評(píng)價(jià)都有著較高要求，是當(dāng)前物探工作中急需解決的重要問題。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界研究更多的是煤礦采空區(qū)的勘測(cè)工作，鐵礦區(qū)的采空勘測(cè)卻相對(duì)較少[1]。鐵礦采空區(qū)同煤礦采空區(qū)在地球物理賦存特點(diǎn)上有著本質(zhì)的區(qū)別，因此在對(duì)鐵礦區(qū)進(jìn)行采空勘探時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整思路和操作方式，并采取針對(duì)性的技術(shù)手段入手探測(cè)。

在對(duì)邯長(zhǎng)鐵路涉縣段的鐵礦采空區(qū)勘查過程中，先后采取了地震映像、密點(diǎn)距直流電測(cè)深等方法進(jìn)行勘查，通過勘查并未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，只發(fā)現(xiàn)在鐵礦區(qū)域內(nèi)有巖溶存在。通過技術(shù)論證，決定采用高精度重力、磁力測(cè)量等技術(shù)手段，對(duì)鐵礦區(qū)進(jìn)一步進(jìn)行勘測(cè)工作。一般而言，通過高精度重力測(cè)量確定采空區(qū)具體位置，通過磁力測(cè)量，確定采空區(qū)范圍[2]。

1 工程概況

1.1 地形、地質(zhì)條件

本次采空區(qū)勘探位于我國河北省武安市磁山到涉縣附近，位處太行山東部地區(qū)，地形、地貌相對(duì)平緩，有少量溝坎深壑，鐵礦資源較為豐富，當(dāng)前多為私營(yíng)采礦企業(yè)開采、冶煉。該地地層主要由石灰?guī)r、閃長(zhǎng)巖以及第四系黃土等構(gòu)成，鐵礦位于閃長(zhǎng)巖侵入石灰?guī)r的接觸位置處，一般呈立體團(tuán)狀分布，埋深在40m～200m之間。因此，因采空區(qū)造成的塌陷坑數(shù)量較多且深度不等。

1.2 技術(shù)難點(diǎn)

該地區(qū)鐵礦開采、冶煉歷史悠久，基本無法實(shí)現(xiàn)實(shí)地勘測(cè)，確定采空區(qū)位置有較大難度。主要通過物探為引導(dǎo)性技術(shù)，確定采空位置、區(qū)域，但因?yàn)殍F礦賦存基本以雞窩狀、串珠狀或呈陡傾狀、帶狀等形式進(jìn)行分布。由于鐵礦采空實(shí)體目標(biāo)同周圍介質(zhì)無明顯差異，從而給物探勘測(cè)帶來了較大困難。當(dāng)前，國內(nèi)尚未形成完善、科學(xué)、有效的技術(shù)方式進(jìn)行鐵礦區(qū)勘測(cè)，傳統(tǒng)的密點(diǎn)距電測(cè)深、地震映像等勘測(cè)技術(shù)效果不明顯，因此應(yīng)當(dāng)及時(shí)創(chuàng)新勘測(cè)技術(shù)。

2 方法研究

2.1 地球物理前提

（1）鐵礦帶同相鄰巖層之間有相當(dāng)程度的波阻抗差異，地震波波及于此時(shí)，就會(huì)形成一定的反射，如果對(duì)鐵礦進(jìn)行開采，則該層將為空氣或者填充物所填充，地震波反射結(jié)果也將隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變，如線繞射、信號(hào)衰減等情況。但因?yàn)榈乇韺邮規(guī)r溶洞等又不屬于的影響，無法有效界定鐵礦采空區(qū)位置和區(qū)域。經(jīng)過鉆孔勘測(cè)，未檢測(cè)到采空區(qū)，只檢測(cè)到巖溶的存在，因此地震反射技術(shù)無法作為采空勘測(cè)主要技術(shù)[3]。

（2）采空區(qū)和圍巖有著不同的電性特征，如果存在一定的且未被填充的空間，就說明有一定的強(qiáng)度的高阻反映存在。但因?yàn)殍F礦呈陡傾角存在，加上圍巖高阻特性的影響，鐵礦采空區(qū)無法有效檢測(cè)；如果被填充，則阻反映相對(duì)較低，同時(shí)鐵礦本身的導(dǎo)電性特點(diǎn)，對(duì)電阻率也有一定的影響，加上覆低阻覆蓋層的影響，電法也無法有效檢測(cè)并確定采空區(qū)位置。

（3）磁鐵礦磁性較高，通過磁力測(cè)量能夠有效的監(jiān)測(cè)磁性礦物位置。但采空區(qū)因?yàn)殍F礦被開采，磁性不斷減弱，因此通過磁性檢測(cè)確定采空區(qū)位置的方式也是不科學(xué)的。

2.2 技術(shù)分析

綜合前文所述，當(dāng)前鐵礦采空勘測(cè)技術(shù)無法滿足采空區(qū)的勘測(cè)所需，是一項(xiàng)急需提升并解決的重難點(diǎn)問題，因此需加強(qiáng)這一方面的研究，制定科學(xué)可行的檢測(cè)方案。分析發(fā)現(xiàn)，鐵礦采空區(qū)大多呈陡傾角的形式進(jìn)行分布，且大多處于十?dāng)?shù)米深的塌陷坑內(nèi)，采空區(qū)深度較大，地層中豎向質(zhì)量影響程度較大，從而為重力勘測(cè)打下了基礎(chǔ)。根據(jù)技術(shù)論證結(jié)果，在物探勘測(cè)基礎(chǔ)上，通過磁力測(cè)量確定鐵礦區(qū)分布范圍，而通過重力測(cè)量確定采空區(qū)具體位置。

3 實(shí)驗(yàn)成果與分析

3.1 資料分析

（1）重磁資料。圖1為測(cè)區(qū)磁力△T異常圖，圖中的黑實(shí)線圈為高磁異常區(qū)，異常由外而內(nèi)層層提升。而中層淺色區(qū)磁力較大，說明該區(qū)域鐵礦分布較為豐富，這和現(xiàn)場(chǎng)鐵礦開采范圍相近。根據(jù)圖中信息所示，共存在九處重力異常區(qū)，同開采區(qū)塌陷坑深度相同。結(jié)果表明，鐵礦區(qū)外重力局部負(fù)異?？膳懦?，從而為采空檢測(cè)提供了可能性。

圖1 測(cè)區(qū)磁力△T異常圖

（2）地震映像資料。根據(jù)地震映像剖面信息，8-30號(hào)樁反射波較為混亂，41-57間同相軸出現(xiàn)間斷的情況，因此可以認(rèn)定有采空區(qū)存在；130-154間同相軸呈現(xiàn)出軸彎曲下凹特點(diǎn)且震動(dòng)延續(xù)，反射周期延長(zhǎng)，可認(rèn)定采塌陷區(qū)的存在。且因?yàn)榍?處異常都處于1#重力負(fù)異常區(qū)，由此可以認(rèn)定8-30同41-57為采空區(qū)。

（3）瞬變電磁測(cè)深資料。根據(jù)TP-5瞬變電磁測(cè)深反演斷面信息可以看出，小樁號(hào)端始于已經(jīng)被檢測(cè)到的塌陷區(qū)內(nèi)，也就是1#重力負(fù)異常區(qū)，而大樁號(hào)段在位于2#重力負(fù)異常區(qū)內(nèi)。地表層0m～30m是高阻層，是碎石土以及新黃土反映形成的；30m～60m是中間低租層；60m以下為底層高阻層，是基巖反映形成的。60-120之間的樁號(hào)，中間低租層呈現(xiàn)出下凹的情況，且WT2有異常存在，并處于1#重力負(fù)異常區(qū)，可推斷該區(qū)為采空塌陷區(qū)。

3.2 綜合成果

根據(jù)實(shí)地調(diào)查得來的信息結(jié)合鐵礦開采實(shí)踐，基本可以認(rèn)定通過磁力測(cè)量能夠有效的確定鐵礦區(qū)。通過重力測(cè)量，基本可確定采空區(qū)域范圍，最后基本確定了核心采空區(qū)位置和范圍。鐵路線和采空區(qū)北部邊緣，大約200m，根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)要求，鐵路線不存在安全隱患。

4 結(jié)語

①高精度重磁力測(cè)量結(jié)合密點(diǎn)距直流電測(cè)深、地震映像等技術(shù)進(jìn)行物探檢測(cè)，對(duì)鐵礦采空區(qū)勘測(cè)有著一定的效用，從而為鐵路線路選擇，提供了科學(xué)的依據(jù)，基本實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)加測(cè)目標(biāo)。②通過高精度磁力測(cè)量基本確定鐵礦區(qū)具體位置。③通過高精度重力測(cè)量，可基本確定鐵礦采空范圍，并有效的彌補(bǔ)了其他檢測(cè)技術(shù)的不到之處，同時(shí)可通過排除類似異常的方式，進(jìn)一步確定采空區(qū)具體位置。