綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用思考

冉鵬舉

（內(nèi)蒙古第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

綜合物探技術(shù)作為物探技術(shù)的綜合利用方式，能夠給通過電法﹑振法以及磁法等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)地理狀況的勘測(cè)，幫助工作人員明晰當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用于各個(gè)環(huán)節(jié)。在現(xiàn)階段社會(huì)的發(fā)展過程中，城市化進(jìn)程的加快以及工業(yè)化的發(fā)展都需要礦產(chǎn)資源的支撐，所以礦山開采就成為現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展的重點(diǎn)。然而礦山地質(zhì)一般較為復(fù)雜，諸多自然因素都會(huì)在一定程度上影響礦山的開采，所以現(xiàn)階段礦山開采環(huán)節(jié)還需要對(duì)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)進(jìn)行勘探，避免水文狀況對(duì)開采作業(yè)造成影響。而綜合物探作為針對(duì)地質(zhì)進(jìn)行勘察的手段，能夠針對(duì)礦山周邊的地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，從而明晰礦山周邊的地質(zhì)狀況，為后續(xù)礦山的開采提供資料，就要求礦山工作人員加強(qiáng)對(duì)綜合物探的重視，將其運(yùn)用到礦山水文地質(zhì)勘察中。

1 綜合物探技術(shù)與水文地質(zhì)勘察概述

綜合物探技術(shù)簡(jiǎn)稱綜合物探，是針對(duì)特定的勘探對(duì)象和勘探任務(wù)，為達(dá)到最佳勘探效果，采用的地球物理方法的組合。它可以有效地降低單一地球物理勘探方法在解釋方面存在的多解性問題，提高地球物理勘探解釋的可靠性。物探也稱地球物理勘探，是以巖石﹑礦石（或地層）與圍巖的物理性質(zhì)差密度﹑磁化性質(zhì)﹑導(dǎo)電性﹑放射性差異為基礎(chǔ)，對(duì)地球的各種物理場(chǎng)分布及其變化進(jìn)行觀測(cè)的手段。并在此基礎(chǔ)上為探測(cè)資源提供重要依據(jù)[1]。該方式兼具有勘探與試驗(yàn)兩種功能，具有成本低﹑效率高空間廣等多方面的優(yōu)勢(shì)。

水文地質(zhì)勘探則是指為查明一個(gè)地區(qū)的水文地質(zhì)條件而進(jìn)行的水文地質(zhì)調(diào)查研究工作。主要用來掌握地下水和地表水的成因﹑分布及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在礦山開采環(huán)節(jié)，部分地區(qū)需要深入地下和山體中進(jìn)行開采作業(yè)，就很容易受到水文狀況的影響，所以在實(shí)際的發(fā)展過程中，就需要通過水文地質(zhì)勘探調(diào)查研究地下水情況，查明地下水的埋藏條件和侵蝕性，判定地下水在建筑物施工和使用階段可能產(chǎn)生的變化及影響，并提出防治建議，這樣才能為礦山的開采作業(yè)提供足夠的資料。

圖1 綜合物探技術(shù)施工現(xiàn)場(chǎng)

2 綜合物探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 適用范圍廣

在利用綜合物探技術(shù)進(jìn)行礦區(qū)水文地質(zhì)勘察的過程中，綜合物探技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要優(yōu)勢(shì)之一就是綜合物探技術(shù)具有明顯的適用性。綜合物探技術(shù)是在物探技術(shù)基礎(chǔ)上出現(xiàn)的技術(shù)集成，能夠利用電法﹑磁法以及振法等多種手段對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)進(jìn)行測(cè)量，這樣一來，相關(guān)工作人員就能夠結(jié)合礦區(qū)周邊的地形地質(zhì)狀況，合理地選擇科學(xué)的探測(cè)技術(shù)，因地制宜的對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)狀況進(jìn)行檢查。所以在實(shí)際的礦區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，綜合物探法既能探查深度在幾米之內(nèi)的環(huán)境地質(zhì)，也能夠適應(yīng)上百米的地質(zhì)勘察，適用范圍較為廣泛，而且施工周期較短，成本較低。

2.2 保證勘察的質(zhì)量

礦山水文地質(zhì)勘察在實(shí)際的發(fā)展過程中，需要面對(duì)各種各樣的地形地質(zhì)，就需要工作人員在勘察環(huán)節(jié)花費(fèi)大量的功夫，并且很容易出現(xiàn)各種失誤，影響水文地質(zhì)勘察的結(jié)果，造成礦山開采方面的難題。通過綜合物探技術(shù)的運(yùn)用，該技術(shù)一方面結(jié)合礦山的實(shí)際情況選擇勘探技術(shù)，就能夠在實(shí)際的發(fā)展過程中選擇較為合理技術(shù)，避免技術(shù)和環(huán)境不適應(yīng)造成的數(shù)據(jù)問題。另一方面，綜合物探技術(shù)中的一些技術(shù)具有更高的準(zhǔn)確性和精度，因而對(duì)那些對(duì)精準(zhǔn)度有著更高要求的勘探單位來說，能夠獲得更為理想的探測(cè)結(jié)果，滿足其在物探方面的特殊需要。所以運(yùn)用綜合物探技術(shù)進(jìn)行礦山水文地質(zhì)勘察，就能夠在很大程度上保證勘察的質(zhì)量。

2.3 加快勘察效率

礦山作為為社會(huì)提供礦產(chǎn)資源的場(chǎng)地，一般規(guī)模較大，而且涉及面較為廣泛，所以在礦山開采環(huán)節(jié)，針對(duì)水文地質(zhì)狀況的勘察也就涉及多個(gè)層面，需要工作人員經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)才能得出具體參數(shù)。然而礦山開采對(duì)于施工周期有要求，傳統(tǒng)的技術(shù)就很容易出現(xiàn)延誤工期的狀況，影響礦山開采作業(yè)的順利進(jìn)行。通過綜合物探技術(shù)的運(yùn)用，礦山的工作人員就能夠快速完成勘探任務(wù)，并且不需要較大的施工場(chǎng)地，具有簡(jiǎn)便易行的特點(diǎn)，這樣就在很大程度上加快了水文地質(zhì)狀況的勘察效率，為后續(xù)施工的按時(shí)進(jìn)行提供時(shí)間上的保障。此外，由于綜合物探技術(shù)還具有質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)，規(guī)避了勘探環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的故障，也就對(duì)勘探的流程進(jìn)行了規(guī)范，一定程度上保證了施工進(jìn)度。

圖2 水文地質(zhì)勘探

3 綜合物探法的主要原理以及方法

3.1 綜合物探法進(jìn)行水文地質(zhì)勘察的原理

要想充分發(fā)揮綜合物探法的優(yōu)勢(shì)，礦山工作人員就需要對(duì)綜合物探法的工作原理進(jìn)行了解。首先是反射測(cè)量原理，這種方法通過波的反射收集反射信息，然后對(duì)收集到的信息進(jìn)行分析，從而得出數(shù)水文地質(zhì)狀況。實(shí)際作業(yè)中，礦山開采區(qū)域均處于野外，地質(zhì)勘探期間，為確保數(shù)據(jù)精確，必須采用反射測(cè)量方法，反射法包括連續(xù)剖面法以及共中心點(diǎn)法兩種。連續(xù)剖面法采用連續(xù)掃描的方法收集數(shù)據(jù)，完成對(duì)目標(biāo)體地質(zhì)情況的測(cè)量；共中心點(diǎn)法以目標(biāo)區(qū)域內(nèi)某點(diǎn)為中心，將發(fā)射與接收天線分開放置獲得有關(guān)目標(biāo)體的數(shù)據(jù)。工作人員需要根據(jù)不同的環(huán)境選擇合適的方式；然后是折射測(cè)量，除卻反射法之外，折射也是勘探環(huán)節(jié)常見的技術(shù)，該手段要求以波的折射原理為依據(jù)，獲取煤礦采區(qū)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)[2]；然后是透射測(cè)量，在進(jìn)行水文地質(zhì)勘探的過程中，由于不同地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)成存在差異，所以其對(duì)波的抵抗性質(zhì)也存在差異。實(shí)際作業(yè)中，工作人員在安裝發(fā)射器之后獲取雷達(dá)波的曲線，就能夠通過透射的數(shù)據(jù)得到目標(biāo)的勘探數(shù)據(jù)。而且根據(jù)觀測(cè)對(duì)象以及環(huán)境的不同，透射還分為剖面測(cè)量和層析成像兩種技術(shù)。

3.2 綜合物探法的手段

3.2.1 重力勘探法

重力勘探作為物探法的一種，是指利用組成地殼的各種巖體﹑礦體間的密度差異所引起的地表的重力加速度值的變化而進(jìn)行地質(zhì)勘探的一種方法。實(shí)際發(fā)展中，由于存在水文的區(qū)域和其他區(qū)域之間存在密度方面的差異，所以在實(shí)際的發(fā)展過程中借助重力儀和扭秤等精密的測(cè)量?jī)x器，就能夠針對(duì)當(dāng)?shù)氐闹亓Ξ惓＿M(jìn)行分析，從而推算出當(dāng)?shù)氐乃姆植己蜖顩r，方便后續(xù)作業(yè)的進(jìn)行。

3.2.2 磁法勘探

自然界中的地質(zhì)含有一定的磁場(chǎng)，而且不同的巖層和物質(zhì)之間的磁場(chǎng)構(gòu)成都不相同。這些磁場(chǎng)之間相互影響，就使得礦山周遭的磁場(chǎng)呈現(xiàn)出磁場(chǎng)的異常。實(shí)際作業(yè)中利用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行磁場(chǎng)的調(diào)查，就能夠根據(jù)磁場(chǎng)的不同特性推斷出當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)成，從而勘探出當(dāng)?shù)氐乃奶卣鳌Ｔ摲绞阶鳛樗牡刭|(zhì)勘察中常見的一種技術(shù)，能夠針對(duì)地面﹑航空以及海洋等多方面進(jìn)行測(cè)量，所以該方式就具有很強(qiáng)的普適性[3]。

3.2.3 地震勘探

地震勘探是指利用地震波進(jìn)行勘察的技術(shù)，實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，工作人員在實(shí)際的發(fā)展過程中，利用人工激發(fā)的地震波在彈性不同的地層內(nèi)傳播規(guī)律來勘探地下的地質(zhì)情況。地震波作為波的一種，在不同的介質(zhì)之間的傳播特性都不相同，相關(guān)人員就可以通過特定的涉筆對(duì)這些不同的波進(jìn)行檢查，從而解決水文地質(zhì)工程地質(zhì)。

4 綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

在礦山水文地質(zhì)勘察環(huán)節(jié)，綜合物探法能在保證勘探質(zhì)量的同時(shí)加快勘探的效率，和那程度上推動(dòng)現(xiàn)階段勘探事業(yè)的進(jìn)步。然而由于水文地質(zhì)以及綜合物探都具有很強(qiáng)的技術(shù)性，所以綜合物探在水文地質(zhì)勘探環(huán)節(jié)的應(yīng)用還存在一些制約，需要相關(guān)工作人員合理地進(jìn)行融合。

4.1 應(yīng)用在水災(zāi)防治環(huán)節(jié)

在礦山開采環(huán)節(jié)，由于地下的地質(zhì)狀況極為復(fù)雜，相關(guān)人員在開采環(huán)節(jié)很容易遇到地下水，從而影響礦產(chǎn)的開采。通過綜合物探技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)人員就能夠?qū)γ旱V地質(zhì)進(jìn)行有效探測(cè)，并明晰礦區(qū)周遭的水文分布和狀況，有效地預(yù)防并治理水災(zāi)害，從而提高煤礦開采的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。實(shí)際作業(yè)中，綜合物探技術(shù)一方面可以探測(cè)各類礦井水文地質(zhì)問題，如老窖積水區(qū)﹑含水層的富水性以及隱藏的導(dǎo)水通道等，這些礦區(qū)周邊的水文地質(zhì)狀況會(huì)在很大程度上影響礦山開采作業(yè)的進(jìn)行，嚴(yán)重者還會(huì)造成礦區(qū)事故，危機(jī)工作人員的生命安全。另一方面，綜合物探技術(shù)具有很強(qiáng)的精確性，其探測(cè)準(zhǔn)確率超90%，利用瞬變電磁超前預(yù)測(cè)系統(tǒng)，還可以預(yù)測(cè)開采區(qū)域周遭150m左右的含水層構(gòu)造，方便礦山人員提前進(jìn)行規(guī)避。

4.2 相干體與方差體技術(shù)的使用

礦山水文地質(zhì)勘察還可以借助相干體與方差體技術(shù)進(jìn)行調(diào)查，該技術(shù)充分利用三維資料當(dāng)中的所有CDP電信息，避免了傳統(tǒng)測(cè)量環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的斷層遺漏狀況。而且實(shí)際作業(yè)中，工作人員還可以利用數(shù)據(jù)切片及透視等方式對(duì)地下斷層進(jìn)行分析，等時(shí)切片技術(shù)能夠顯示某一時(shí)刻三維數(shù)據(jù)體當(dāng)中的所有地震信息，從而反映同一時(shí)刻不同地質(zhì)層位的分布情況，相關(guān)人員就能夠利用這些信息建立起三維圖像，方便相關(guān)人員進(jìn)行了解[4]。此外，相干體與方差體切片還具有很強(qiáng)的敏感性，工作人員就可以利用這一點(diǎn)，在相干體或是方差體的切片上來對(duì)斷層進(jìn)行解釋。

4.3 應(yīng)用于采礦區(qū)構(gòu)件機(jī)理分析當(dāng)中

礦區(qū)開采環(huán)節(jié)，針對(duì)水文地質(zhì)狀況的調(diào)查一方面是為了規(guī)避水文對(duì)礦區(qū)開采造成很大的影響，保證開采作業(yè)的順利進(jìn)行。一方面就是對(duì)突發(fā)性的水文狀況進(jìn)行解決，避免因?yàn)樗脑斐傻亩问鹿?。比如進(jìn)行礦山開采時(shí)，作業(yè)人員往往會(huì)遇到突水狀況，突水狀況不僅會(huì)阻礙礦山開采的順利進(jìn)行，而且還可能會(huì)引起礦山安全事故。在此背景下，相關(guān)人員在實(shí)際的發(fā)展過程中就可以利用物探技術(shù)中的三維地震勘探法進(jìn)行探測(cè)[5]。首先針對(duì)相關(guān)區(qū)域的表面水文狀況進(jìn)行檢查，并分析抽水孔的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步增強(qiáng)水文勘探數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。然后工作人員再利用三維地震勘探方法對(duì)煤層頂板砂巖的含水層厚度和深度進(jìn)行檢測(cè)，就能夠測(cè)算出礦區(qū)的分布，和之前測(cè)得的水文狀況進(jìn)行結(jié)合，就能夠在此基礎(chǔ)上制定出科學(xué)合理的開采方案，避免突發(fā)性水文事故對(duì)礦山開采造成影響。

4.4 瞬變電磁法

該方法是現(xiàn)階段綜合物探法技術(shù)的重要組成部分，其原理是將沒有與地線形成連接的通電回路以及導(dǎo)線作為探測(cè)場(chǎng)源，然后通過刺激探測(cè)對(duì)象的方式，來形成二次電場(chǎng)，從而根據(jù)不同電磁程度的變化，來判斷地質(zhì)水文情況的一種物探技術(shù)。通過這種技術(shù)，運(yùn)用環(huán)節(jié)就能夠產(chǎn)生一個(gè)非常短暫的二次電場(chǎng)，工作人員需要抓住這個(gè)短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的二次電場(chǎng)，然后對(duì)其進(jìn)行分析，從而得出礦山水文的實(shí)際分布。相較于其他方法來說，瞬變電磁法利用電磁波進(jìn)行勘探作業(yè)，由于電磁波具有極強(qiáng)的穿透能力，能夠?qū)ΦV山內(nèi)部的情況進(jìn)行準(zhǔn)備的探查，所以該技術(shù)就更加便捷，而且信息的獲取更加準(zhǔn)確和科學(xué)，已經(jīng)成為現(xiàn)階段礦山水文地質(zhì)勘探的常用技術(shù)。在使用該技術(shù)時(shí)，工作人員需要結(jié)合礦山的實(shí)際情況，選擇合適的位置將電磁儀布置，這樣才能方便對(duì)礦山內(nèi)部存在的積水區(qū)以及采空區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；然后是將放射線圈以及接收線圈放置在相同的位置上，且為了保證檢測(cè)質(zhì)量，二者的距離需要保持在10m左右，然后將線圈面對(duì)需要探測(cè)的礦山。這樣一來，才能充分發(fā)揮瞬變電磁法的功能，保證水文勘探的質(zhì)量[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)階段的礦山開采環(huán)節(jié)，由于礦山的位置較為崎嶇，再加上地質(zhì)狀況復(fù)雜，礦山開采環(huán)節(jié)就很容易受到水文狀況的影響，一定程度上制約礦山作業(yè)的質(zhì)量。綜合物探作為針對(duì)地質(zhì)進(jìn)行探查的重要技術(shù)，能夠較為準(zhǔn)確的檢測(cè)出礦山周邊的地質(zhì)狀況，就成為水文地質(zhì)勘探的主要手段。然而實(shí)際發(fā)展中，綜合物探法和水文地質(zhì)勘探都具有很強(qiáng)的技術(shù)性，二者的結(jié)合還存在一些隱患，就需要工作人員加強(qiáng)對(duì)綜合物探法的重視，科學(xué)地將其應(yīng)用到水文地質(zhì)勘探中。