短波紅外勘查技術(shù)在覆蓋區(qū)深部找礦勘探中的應(yīng)用分析

陳亞萍 李英芹 馬文婷

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

0 引言

短波紅外技術(shù)是一種測定型的雙向識別波段技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域中，初期取得了相對較好的效果。尤其是在礦山開采和定位勘測工作中，更是提供了便利。通常情況下，短波紅外需要控制在1100nm～2600nm，特定的遠(yuǎn)紅外常數(shù)范圍也被控制在1.03～2.82。紅外波段可以劃分為短紅外和遠(yuǎn)紅外，遠(yuǎn)紅外的覆蓋面積一般會大于短波紅外，對區(qū)域之內(nèi)的物體以及建筑結(jié)構(gòu)的識別也會更加清晰、迅速。

但是遠(yuǎn)紅外波對找礦的定位效果并不理想。而短波紅外則可以在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，利用特殊形式以及定位儀器，結(jié)合礦區(qū)的地理位置、自然環(huán)境以及地質(zhì)等因素，完成找礦。尤其是覆蓋區(qū)深部覆蓋區(qū)深部的找礦工作，在確保目標(biāo)完成的同時，也可以提升礦山開采工作整體的安全性與穩(wěn)固性。

因此，分析短波紅外勘查技術(shù)在覆蓋區(qū)深部找礦勘探中的應(yīng)用。考慮到最終測試結(jié)果的穩(wěn)定性與可靠性，該文會在真實(shí)的工程環(huán)境下，結(jié)合短波紅外技術(shù)，構(gòu)建更靈活、多元化的應(yīng)用找礦模式，擴(kuò)大實(shí)際的勘探范圍，設(shè)立特定的執(zhí)行目標(biāo)，以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)作為輔助支持，營造更加智能化、數(shù)字化的礦山開采、定位形式，給未來的發(fā)展提供更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)條件。

1 短波紅外勘查技術(shù)在覆蓋區(qū)深部找礦勘探中的應(yīng)用

1.1 短波紅外結(jié)晶度測定

在覆蓋區(qū)深部找礦勘探分析前，需要先測定短波紅外結(jié)晶度。不同的礦區(qū)內(nèi)部存儲的礦產(chǎn)也是不同的，具有較強(qiáng)的差異性，但是伊利石是一種礦區(qū)常見的礦物質(zhì)外顯物質(zhì)，本質(zhì)上是一種含水層狀硅酸鹽礦物，多分布于礦產(chǎn)資源的外部地層中，在強(qiáng)光的作用之下，外部的顏色還會發(fā)生改變，再加上酸性或者堿性土壤的影響，外部呈現(xiàn)的狀態(tài)會更具顯性。

短波紅外相當(dāng)于紅外波段，一般是以掃描的形式對礦區(qū)的位置作出基礎(chǔ)性的定位以及勘探。此時，可以通過測定伊利石的結(jié)晶度來制定短波覆蓋描述目標(biāo)，并計算出伊利石的含氫基團(tuán)變動值，如公式（1）所示。

式中：表示含氫基團(tuán)變動值，表示酸堿過渡值，表示短波紅外覆蓋距離。通過上述計算，可以得出實(shí)際的含氫基團(tuán)變動值。依據(jù)伊利石內(nèi)部結(jié)晶的變化狀態(tài)，結(jié)合短波紅外技術(shù)獲取基礎(chǔ)性的勘探測定值，完成對短波紅外結(jié)晶度的測定。

1.2 覆蓋區(qū)深部勘測光譜層級設(shè)定

在完成對短波紅外結(jié)晶度的測定之后，接下來，需要設(shè)定覆蓋區(qū)深部勘測光譜層級。短波紅外技術(shù)的相關(guān)設(shè)備和裝置，多是通過光譜的變動來完成描述目標(biāo)任務(wù)的，而光譜的調(diào)整與更改也需要依據(jù)對應(yīng)的描述格式。根據(jù)礦區(qū)覆蓋深部的挖掘情況，設(shè)定光譜描述層級，如圖1所示。

根據(jù)圖1，完成光譜描述層級結(jié)構(gòu)的設(shè)計與建立。與此同時，對覆蓋深部區(qū)的光譜描述定級，更改調(diào)整勘測描述目標(biāo)，營造光譜描述節(jié)點(diǎn)，計算出光譜側(cè)向系數(shù)，具體如公式（2）所示。

圖1 光譜描述層級結(jié)構(gòu)圖

式中：表示光譜側(cè)向系數(shù)，表示波段側(cè)向定位距離，表示光譜差異值。通過上述計算，可以得出實(shí)際的光譜側(cè)向系數(shù)。形成基礎(chǔ)性的光伏覆蓋區(qū)域，利用短波紅外技術(shù)，對多個礦區(qū)位置做出分離定位，實(shí)現(xiàn)多層級、多目標(biāo)的光譜描述模式，完成對覆蓋區(qū)深部勘測光譜層級的設(shè)定。

1.3 礦床短波紅外勘探峰值結(jié)構(gòu)建立

在完成對覆蓋區(qū)深部勘測光譜層級的設(shè)定之后，需要建立礦床短波紅外勘探峰值結(jié)構(gòu)。短波紅外技術(shù)在礦山勘探工作的執(zhí)行過程中，各個環(huán)節(jié)都具有嚴(yán)格的限制條件，需要依據(jù)勘測定位的情況，定期調(diào)整、更改。而勘探峰值結(jié)構(gòu)，主要是將紅外波段的極值作為勘測的頂點(diǎn)，計算峰值節(jié)點(diǎn)的測定距離，如公式（3）所示。

式中：表示峰值節(jié)點(diǎn)的測定距離，表示波段極值。通過上述計算，可以得出實(shí)際的峰值節(jié)點(diǎn)的測定距離。通過波段之間的距離，設(shè)定短波紅外的勘測監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，同時，在面對不同的勘測區(qū)域環(huán)境時，需要對指標(biāo)作出調(diào)整。需要注意的是，峰值的變化代表勘測位置情況的變化，可以適當(dāng)增加峰值結(jié)構(gòu)的側(cè)向區(qū)域覆蓋范圍，細(xì)化勘測的結(jié)構(gòu)，建立礦床短波紅外勘探峰值結(jié)構(gòu)。

1.4 重疊短波紅外覆蓋勘測模型構(gòu)建

在完成對礦床短波紅外勘探峰值結(jié)構(gòu)的建立之后，需要構(gòu)建重疊短波紅外覆蓋勘測模型?？梢栽陬A(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)勘測目標(biāo)中，調(diào)整短波覆蓋的單向距離，從覆蓋淺區(qū)域向著覆蓋深區(qū)域過渡，采用沖抵的方式消除勘測誤差，最大程度避免勘測問題的出現(xiàn)。首先計算出重疊紅外覆蓋范圍，如公式（4）所示。

式中：表示重疊紅外覆蓋范圍，表示單相勘測量，表示重疊系數(shù)。通過上述計算，可以得出實(shí)際的重疊紅外覆蓋范圍。在規(guī)定的范圍之內(nèi)，隨著礦山勘測位置的變化以及方向的轉(zhuǎn)變，調(diào)整重疊比例，如公式（5）所示。

式中：表示重疊比例，表示覆蓋轉(zhuǎn)變值，表示覆蓋定位常數(shù)，表示勘測極限值。通過上述計算，最終可以得出實(shí)際的重疊比例。根據(jù)勘測標(biāo)準(zhǔn)和重疊比例，設(shè)定整體的勘測模型層級，將構(gòu)建的勘測定位結(jié)構(gòu)設(shè)定在模型中，形成動態(tài)的礦山勘測目標(biāo)，進(jìn)一步細(xì)化重疊短波紅外覆蓋勘測模型的構(gòu)建以及應(yīng)用能力。

1.5 直角測定法實(shí)現(xiàn)短波紅外勘查應(yīng)用

在完成對重疊短波紅外覆蓋勘測模型的構(gòu)建之后，接下來，需要采用直角測定法實(shí)現(xiàn)短波紅外勘查應(yīng)用?？梢韵葮?gòu)建直角測定區(qū)域，利用短波紅外技術(shù)提前掃描，利用勘測模型，獲取相關(guān)的勘測數(shù)據(jù)以及紅外信息，通過調(diào)整勘測峰值，使直角測定結(jié)構(gòu)與峰值結(jié)構(gòu)重合，與短波紅外勘察點(diǎn)形成勘測面，采用紅外設(shè)備，核定此時的勘察位置是否準(zhǔn)確，提升整體的勘測結(jié)果，進(jìn)一步增強(qiáng)短波紅外勘查的應(yīng)用效果。

2 實(shí)例分析

這次主要對短波紅外勘查技術(shù)在覆蓋區(qū)深部找礦勘探中的應(yīng)用效果進(jìn)行分析與研究?？紤]到測試結(jié)果的穩(wěn)定性與精準(zhǔn)性，需要選擇穩(wěn)定的礦山環(huán)境，在實(shí)現(xiàn)定位的同時，完成基礎(chǔ)測驗(yàn)，獲取對應(yīng)的勘測數(shù)據(jù)和信息，在相同的環(huán)境之下，開始測試分析。該文選擇Q礦山工程為實(shí)例分析的主要目標(biāo)對象，對Q礦山工程的找礦現(xiàn)狀分析。

2.1 Q礦山工程覆蓋區(qū)深部找礦勘探現(xiàn)狀分析

Q礦山工程一項(xiàng)規(guī)模較大的勘測定位工程，位于我國新疆地區(qū)南側(cè)，與鈾礦床相鄰，是目前階段，我國西北區(qū)域十分關(guān)鍵且重要的火山熱液型礦床。所謂火山礦床，實(shí)際上是一種覆蓋深區(qū)的勘察儲存區(qū)，具有較強(qiáng)的存礦能力，如圖2所示。

圖2 勘查礦山儲存區(qū)圖示

根據(jù)圖2，對勘察礦山儲存區(qū)進(jìn)行分析。在實(shí)際的找礦勘工作中，Q礦山工程出現(xiàn)了較多的問題。例如過渡區(qū)分化不完全，過渡地帶承接面積太廣，蝕變情況嚴(yán)重。該類問題在勘察的過程中，始終影響定位數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和可靠性，使部分深度區(qū)域的找礦以及勘測工作受到了阻礙，一定程度上降低執(zhí)行定位的精度。

工程建設(shè)前期，沒有完全掌握蝕變深部區(qū)域的實(shí)際情況，描述效果也并不理想。不僅如此，Q礦山工程對建設(shè)的目標(biāo)也并沒有進(jìn)行清晰定位，因此，在勘探的過程中，部分技術(shù)的應(yīng)用出現(xiàn)漏洞，采用傳統(tǒng)的勘察技術(shù)雖然可以完成礦洞戶或者礦區(qū)的定位工作，但是無法提供清晰、準(zhǔn)確的定位點(diǎn)和數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)致勘測范圍過大，一定程度上增加了實(shí)際的工作，提升了采礦的實(shí)際成本，阻礙后續(xù)的建設(shè)開采。

2.2 Q礦山工程短波紅外覆蓋區(qū)深部找礦勘探實(shí)證

在完成對Q礦山工程覆蓋區(qū)深部找礦勘探現(xiàn)狀的分析后，需要用短波紅外的勘探技術(shù)來替代傳統(tǒng)的勘探技術(shù)，對工程外覆蓋區(qū)深部找礦情況作出更具體的勘探驗(yàn)證。由于Q工程測定的位置為分散性礦區(qū)，礦產(chǎn)分布極為不均勻，為了確保實(shí)證測試環(huán)境的可靠性和穩(wěn)定性，需要在相同的環(huán)境中，同時進(jìn)行測定。劃定5個區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)測試區(qū)域，并進(jìn)行編號。在礦區(qū)外部設(shè)定短波紅外設(shè)備，首先對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行單項(xiàng)掃描，獲取相關(guān)的地質(zhì)數(shù)據(jù)與信息，對所覆蓋的區(qū)域設(shè)定短波紅外的熱測定節(jié)點(diǎn)。這部分主要是利用熱節(jié)點(diǎn)自身的特性，來探測礦區(qū)礦產(chǎn)的存儲位置，以點(diǎn)關(guān)聯(lián)成探測面，最終形成更立體勘測區(qū)域，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、和三維虛擬技術(shù)，形成特定格式的三維圖框，進(jìn)行定位。然后根據(jù)獲取的深部數(shù)據(jù)信息，再結(jié)合礦區(qū)的自然環(huán)境以及地質(zhì)特征，計算短波紅外的單項(xiàng)描述距離，如公式（6）所示。

式中：表示單項(xiàng)描述距離，表示承接常值，表示勘察區(qū)域極限值。通過上述計算，可以得出實(shí)際的單項(xiàng)描述距離。根據(jù)得出的單項(xiàng)描述距離，確定礦區(qū)的設(shè)計覆蓋位置，測定深部的深度，完成階級定位。然后采用短波紅外儀器，測定勘探的鏡像位置，同時測算出勘測波段頻率，如公式（7）所示。

式中：表示勘測波段頻率，表示搭接距離，表示雙側(cè)波段變動比。通過上述計算，可以得出實(shí)際的勘測波段頻率。此時，隨著勘探范圍的擴(kuò)大，需要不斷調(diào)整短波波段內(nèi)部的頻率。關(guān)聯(lián)區(qū)域之內(nèi)的定位紅外熱節(jié)點(diǎn)，形成動態(tài)的描述區(qū)域，根據(jù)上述獲取的數(shù)據(jù)以及信息，計算短波勘測準(zhǔn)確比，如公式（8）所示。

式中：表示短波勘測準(zhǔn)確比，表示雙側(cè)描述距離，表示動態(tài)定位點(diǎn)距，表示允許出現(xiàn)的極限值。通過上述計算，最終可以得出實(shí)際的短波勘測準(zhǔn)確比。在5個不同的區(qū)域中，實(shí)現(xiàn)多次探測，得出的結(jié)果對比分析，見表1。

根據(jù)表1可知，與基礎(chǔ)礦山工程勘測測試小組相對比，該文所設(shè)計的短波紅外礦山工程勘測測試小組最終得出的短波勘測準(zhǔn)確比相對更高，均會保持在90%以上，表明短波紅外技術(shù)對找礦勘測的效果更佳，誤差更小，可以進(jìn)一步保障實(shí)際的勘測安全與穩(wěn)定性，具有實(shí)際的應(yīng)用價值和意義。

表1 實(shí)證分析結(jié)果對比分析表

3 結(jié)語

該文分析了短波紅外勘查技術(shù)在覆蓋區(qū)深部找礦勘探中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的勘查技術(shù)相比，短波紅外技術(shù)相對更加靈活多變。傳統(tǒng)勘察模式僅適用于單一、格式化的礦山勘驗(yàn)，而短波紅外在勘察定位的過程中，實(shí)際的覆蓋面積會更大、更加廣泛，這在一定程度上也極大地減少了勘探工作的壓力，提升整體的工作質(zhì)量以及效率。另外，短波紅外技術(shù)在礦山勘探的過程中，具有較強(qiáng)的安全性以及穩(wěn)定性，可以最大程度地保障施工人員的安全，使礦山結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固。短波紅外對勘察礦區(qū)的影響以及損壞是較小的，無須構(gòu)建任何的輔助性設(shè)施，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)，更好地獲取礦山數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善礦山定位勘測結(jié)構(gòu)，奠定堅(jiān)實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)。