綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

宋振偉

摘? ? ?要：礦山的水文地質(zhì)情況直接影響到礦井的安全生產(chǎn)作業(yè)，因此在進(jìn)行礦井作業(yè)施工前要提前對(duì)礦山的水文地質(zhì)情況進(jìn)行勘探。目前應(yīng)用較廣泛的礦山水文地質(zhì)勘探方法是綜合物探技術(shù)，其中包括地震勘探和瞬間電磁勘探兩種技術(shù)方法。本文通過(guò)對(duì)這兩種物探技術(shù)應(yīng)用原理以及施工方法的介紹，結(jié)合勘探結(jié)果對(duì)礦山水文地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：綜合物探技術(shù);礦山;地質(zhì)勘探

1? 綜合物探技術(shù)主要特征

地震勘探的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)精確度高、勘探周期短，可以直觀的反映地層構(gòu)造以及斷層現(xiàn)象。瞬間電磁勘探更多應(yīng)用于積水區(qū)和采空區(qū)，這種技術(shù)方法的應(yīng)用特點(diǎn)是縱向以及橫向的分辨能力較強(qiáng)，受體積效應(yīng)的影響較小，對(duì)低阻的含水體十分敏感，而且其技術(shù)施工時(shí)間段效率高。目前這兩種物探技術(shù)的綜合應(yīng)用在礦山水文地質(zhì)勘探中較為普遍。

2? 綜合物探技術(shù)應(yīng)用途徑

下面將結(jié)合某礦井的實(shí)際勘探情況對(duì)綜合物探技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行展開(kāi)說(shuō)明。該礦井處于丘陵地帶，地市走向?yàn)闁|高西低且存在較明顯的坡度。該礦山的地下含煤層產(chǎn)狀較為穩(wěn)定，厚度平均在6m～7m左右。根據(jù)現(xiàn)有的資料數(shù)據(jù)可知，該礦井地下存在的斷層裂隙發(fā)育良好而且范圍相對(duì)較廣，在這種情況下地下水可能大量富集。在進(jìn)行礦井開(kāi)采作業(yè)時(shí)所產(chǎn)生的巖溶水會(huì)對(duì)其煤層的開(kāi)采質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，因此是重要的地質(zhì)勘探對(duì)象。另外，水文地質(zhì)的勘探以及礦漿的防治也是關(guān)鍵勘探對(duì)象，包括空隙滲透出的水以及裂縫水等都是需要重點(diǎn)勘探的地下水類型。結(jié)合該礦區(qū)的實(shí)際地質(zhì)條件分別以地震勘探和瞬變電磁勘探兩種物探技術(shù)進(jìn)行勘探后，綜合勘探結(jié)果分析礦井的水文地質(zhì)情況。

2.1? 地震勘探

（1）地震勘探技術(shù)應(yīng)用原理。地質(zhì)勘探工作一般分為三個(gè)步驟，即野外資料的采集、資料數(shù)據(jù)的處理、資料解釋。在開(kāi)展野外資料的采集工作時(shí)，技術(shù)人員要利用可控的震源采取人工激發(fā)地震波的方式形成人造地震波。當(dāng)形成的地震波向地下進(jìn)行傳播時(shí)，若經(jīng)過(guò)的地層或區(qū)域介質(zhì)不相同，利用介質(zhì)的密度以及彈性的不同，此時(shí)地震波就會(huì)產(chǎn)生不同的折射與反射現(xiàn)象，工作人員可以借助相關(guān)的地表檢測(cè)儀器接收并記錄這種折射或反射的地震波，綜合震源特點(diǎn)、地表檢測(cè)儀器的位置以及接收地震波的結(jié)果等多種信息數(shù)據(jù)后可準(zhǔn)確推斷礦山地下巖層的形態(tài)以及性質(zhì)，了解水文地質(zhì)的大致情況。

（2）地震勘探技術(shù)資料解釋。該礦井地下的采煤層頂部的底板巖層主要是由砂質(zhì)的泥巖以及砂巖組成，根據(jù)相關(guān)的勘探數(shù)據(jù)資料，該采煤層與其周邊的其他巖層相比地震波的波阻抗明顯不同，在采煤層與其頂?shù)装鍘r層相比其反射波的強(qiáng)度更大，可以達(dá)到2T左右。根據(jù)這一特征，技術(shù)人員可以利用地震勘探技術(shù)對(duì)該反射波進(jìn)行跟進(jìn)并開(kāi)展相應(yīng)的對(duì)比研究工作。具體需要從反射波強(qiáng)度大小、相位以及連續(xù)性等特征進(jìn)行深入的研究分析。另外還可通過(guò)對(duì)地震勘探斷點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，從時(shí)間剖面對(duì)斷層的詳細(xì)特征以及煤層產(chǎn)狀進(jìn)行進(jìn)一步了解。

（3）地震勘探技術(shù)施工方法。在綜合考量礦山的地質(zhì)情況后，選擇在礦井周圍布置11條勘測(cè)線，包括5條主線和6條聯(lián)絡(luò)線。主線沿著地勢(shì)的傾斜方向由東北向西南布置，聯(lián)絡(luò)側(cè)線則布置為垂直向。注意所有側(cè)線均要保持200m左右的間距，選擇4個(gè)相同規(guī)格的地表檢波器，以兩個(gè)串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)的方式進(jìn)行連接。要保證總道數(shù)在96道的情況下，不同的數(shù)據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)的接收道間距控制在5m左右，炮點(diǎn)距在10m左右。另外，中間激發(fā)觀測(cè)系統(tǒng)主要分為中間對(duì)稱觀測(cè)系統(tǒng)，以及中間不對(duì)稱觀測(cè)系統(tǒng)，本次勘探觀測(cè)采取的是后者。相應(yīng)的信號(hào)激發(fā)的方式為中間不對(duì)稱型，需要結(jié)合具體勘測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況決定。通常包括可控震源激發(fā)以及井炮震源激發(fā)，在本次勘測(cè)中多采用的是可控震源激發(fā)。

（4）地震勘探技術(shù)結(jié)果分析。通過(guò)對(duì)地震勘探技術(shù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，往西走向具有明顯的波組特征，結(jié)合跟蹤對(duì)比的情況可知，反射地震波在該礦井的主采煤層表現(xiàn)出較良好的連續(xù)性特征，但在樁號(hào)為420～520的中間地震波產(chǎn)生了較明顯的波動(dòng)情況，說(shuō)明在該勘探范圍內(nèi)分布著零散的波組。

2.2? 瞬變電磁勘探

（1）瞬變電磁勘探技術(shù)應(yīng)用原理。瞬變電磁勘探技術(shù)屬于一種時(shí)間域電磁感應(yīng)測(cè)探方法，其原理是通過(guò)電流脈沖方波產(chǎn)生向地下傳播的一次磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)使地質(zhì)體產(chǎn)生渦流，渦流的大小能夠反映出地質(zhì)體的導(dǎo)電情況。當(dāng)該磁場(chǎng)消失后，渦流的衰減會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生二次磁場(chǎng)，此時(shí)地面的接地電極等會(huì)接收到該磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的變化情況能夠進(jìn)一步反映地質(zhì)體的電性分布。然后按照不同延遲時(shí)間對(duì)二次場(chǎng)產(chǎn)生的感生電動(dòng)熱進(jìn)行測(cè)量，從而得到相應(yīng)的特性曲線，在此基礎(chǔ)上可對(duì)該區(qū)域地下的地電結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，進(jìn)而了解其水文地質(zhì)情況。瞬變電磁勘探技術(shù)與其他勘探技術(shù)相比，其穿透性和分層分析能力更強(qiáng)，而且還能測(cè)量剖面情況，因此其工作效率較高，同時(shí)得到的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)結(jié)果也更為精確。

（2）瞬變地磁勘探技術(shù)資料解釋。一般來(lái)說(shuō)，礦井下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與其四周的其他介質(zhì)相比電阻爐存在較大差別，通常在斷層中含水時(shí)電阻率的數(shù)值相對(duì)較低，而寒武系巖層相對(duì)于其他地質(zhì)巖層電阻率數(shù)值更高。處于不同地層的斷層，其內(nèi)部的富水性以及透水性也存在顯著不同。根據(jù)勘探所得到的數(shù)據(jù)資料可知，在該礦井地下灰?guī)r地質(zhì)層中的斷層處富水性較好，電阻率數(shù)值較低，但在泥巖地質(zhì)層中勘測(cè)結(jié)果完全相反。

（3）瞬變地磁勘探技術(shù)施工方法。結(jié)合該礦山的地質(zhì)特征，選擇在礦井區(qū)域內(nèi)設(shè)置19條勘測(cè)線，其中5條主測(cè)線、6條加密線以及8條地震勘測(cè)線，其中加密線與地震勘測(cè)線部分重疊。為了提高勘測(cè)結(jié)果的精確度，需要提前做好相關(guān)設(shè)備儀器的測(cè)試工作。同時(shí)利用大定源回線勘探儀器發(fā)射線框，將發(fā)射的電流控制在7A，頻率控制在25Hz，選擇直徑為1m的接收線圈。

（4）瞬變地磁勘探技術(shù)結(jié)果分析。為了獲得更加準(zhǔn)確的勘測(cè)數(shù)據(jù)，在進(jìn)行結(jié)果分析時(shí)選擇與地震剖面重合的TEM04勘測(cè)線。根據(jù)分析結(jié)果可知，由于地面標(biāo)高60m處具有均勻的電阻率，而且呈現(xiàn)循環(huán)中到低的特征，這一特征是丘陵地帶煤層分布的顯著特征。斷層處電阻率呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)特征，在地面標(biāo)高60m下電阻率值顯示該處與灰?guī)r層地質(zhì)特點(diǎn)較為類似，電阻率分布較為均勻。在樁號(hào)為420～520的中間電阻率呈現(xiàn)較為明顯的波動(dòng)異常，由此判斷該處為陷落柱。在樁號(hào)為630、830處，電阻率等值線出現(xiàn)扭曲，產(chǎn)生非正常低阻現(xiàn)象，可推斷該處為斷層富水區(qū)。

2.3? 綜合物探技術(shù)應(yīng)用結(jié)果分析

結(jié)合以上兩種地質(zhì)勘探技術(shù)的勘測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析論證，可以得出以下結(jié)論：在該礦井區(qū)地下存在多處斷點(diǎn)以及一個(gè)陷落柱，另外存在6個(gè)富水區(qū)。根據(jù)斷點(diǎn)的分布特點(diǎn)可以進(jìn)一步將該礦山勘探區(qū)域分為8個(gè)組合斷層，按照以上勘探結(jié)果可以相應(yīng)的推斷出富水區(qū)的具體位置以及斷層情況。為了更加準(zhǔn)確的進(jìn)行水文勘探，可在以上勘探技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步鉆孔勘探，得出更詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料后，將其同現(xiàn)有的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)本次勘探結(jié)果的可靠性和合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

3? 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上兩種物探技術(shù)的應(yīng)用分析，掌握技術(shù)的應(yīng)用手段和方法，從而更好地指導(dǎo)礦山水文地質(zhì)勘探工作的開(kāi)展。在實(shí)際的勘探工作中由于單一的物探技術(shù)往往無(wú)法全面的反映礦山水文地質(zhì)情況，因此要綜合多種物探技術(shù)方法，既能提高礦山水文地質(zhì)勘探效率和勘探質(zhì)量，還能對(duì)某種物探技術(shù)方法下的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，確保勘探數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郝彬彬，王春紅.綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用[J].煤炭工程， 2017（3）：47-49.