高密度电法勘探数据在Vox...其在尾矿库隐患勘查中的应用_王守兴.pdf

摘要：尾矿库内堆放的有污染的固体和液体废物若得不到合理妥善的处理，会对周边的环境造成严重的污染.为了确定尾矿库的稳定性，分析尾矿库内的固、液废弃物对周边土壤和地下水的影响，急需查明尾矿库的形态特征和库容规模.高密度电法作为一种常规的物探方法，以其简便、快捷、高效等特点，在确定尾矿库形态特征方面成为现场探测的首选技术手段.本研究运用高密度电法反演得到尾矿库的底界面范围，并结合钻孔验证，在 Voxler 平台构建了尾矿库的可视化三维模型，从而更加精确计算尾矿砂的方量，证明了高密度电法在确定尾矿库形态特征中的可行性.关键词：高密度电法；尾矿库；可视化；三维模型；Voxler 软件高密度电法勘探数据在 Voxler 平台的三维可视化展示及其在尾矿库隐患勘查中的应用王守兴，欧立鹏，祁尧刚，徐得忠，曾思敏中国地质调查局 西宁自然资源综合调查中心，青海 西宁 810000收稿日期：20220106；修回日期：20220214 编辑：张哲基金项目：中国地质调查局“黄河上游甘肃-宁夏段矿集区综合地质调查”（DD20208076）.作者简介：王守兴（1991），男，主要从事水工环地质调查研究工作，通信地址 青海省西宁市城中区奉青路 2 号，E-mail/3D VISUAL DISPLAY OF HIGH DENSITY RESISTIVITY EXPLORATION DATABASED ON Voxler PLATFORM：Its Application in Tailings Pond Hidden Danger ExplorationWANG Shou-xing，OU Li-peng，QI Yao-gang，XU De-zhong，ZENG Si-minXining Natural Resources Comprehensive Survey Center，CGS，Xining 810000，ChinaAbstract：It will cause serious contamination to surroundings if the polluted solid and liquid wastes piled up in tailingspond are not properly treated To determine the stability of tailings pond and analyze the influence of solid and liquidwastes on the surrounding soil and groundwater，it is urgent to find out the morphological characteristics and storagecapacity scale of tailings pond As a conventional geophysical prospecting method，high-density resistivity technique issimple，rapid and effective，and has become the preferred option of on-site detection in determining the morphologicalcharacteristics of tailing ponds In this study，the range of bottom interface of tailings pond is obtained by inversion ofhigh-density resistivity method Combined with drilling verification，the 3D visualization model of tailings pond is builton Voxler platform for more accurate calculation of volume of tailing sand，which proves the feasibility of high-densityresistivity method in determining the morphological characteristics of tailings pondKey words：high-densityresistivity；tailingspond；visualization；3Dmodel；Voxler0引言尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出的尾矿或其他工业废渣的场所1.尾矿库内堆放的是有污染的固文章编号：1671-1947（2023）01-0079-06中图分类号：P631.3开放科学标志码（OSID）：DOI：1013686/jcnkidzyzy202301010文献标志码：A地质与资源GEOLOGY AND RESOURCES第 32 卷第 1 期2023 年 2 月Vol.32 No.1Feb.2023体废物和液体废物，若得不到合理妥善的处理会对周边的环境造成严重的污染，同时尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源2，其稳定性关系着周边居民、构筑物和环境安全3.尾矿库的管理和尾矿库对环境的影响一直是国内外学者关注的焦点.随着现代科技进步和勘查技术多样性多元化，地球物理勘探技术方法逐渐呈现出了它的优越性4，在尾矿库、垃圾填埋场等重要的点源污染场地的结构和隐患勘查中有了更多的应用5.三维地质建模作为“数字矿山”的基础，在对勘察结果的展示方面具有立体化、可视化的特点，可使用户看到一个数字化、智能化的成果6.高密度电阻率法作为有效的电法勘探方法，有着很高的工作效率7，但传统的高密度电法只显示研究对象在二维空间上的电阻率差异.Voxler 平台作为一款处理三维可视化软件，可用于绘制三维切片图、三维等值线图、等势面图、综合模型图等8-9，高密度电阻率法采集的数据在该软件的协助下可以提高分析解译的准确性10，能很好地对尾矿库坝体安全、溶液量和尾矿量等进行全面核算，以明确尾矿库在后期的管理和使用过程中遇到的问题，提升对尾矿库的综合管理水平.1尾矿库简介甘肃省白银有色金属公司第一尾矿库建于 20 世纪 50 年代末，并于 80 年代停止使用，占地面积为275 km2，其类型为多金属尾矿库.尾矿库位于白银市东部，离白银市中心 45 km，109 国道从尾矿库南侧150 m 处东西向经过，尾矿库的西侧和南侧为村庄，且西侧与村庄相连.区域地势总体呈北高南低，起伏较小.尾矿库位于黄河一级支流沙河的上游，距离支流入河口 18 km.2地质概况及地球物理特征研究区处于北祁连东段，位于我国重要的铜多金属成矿带11，也是重要的块状硫化物成矿带12.尾矿库周边主要出露岩性为三叠系中统粉砂岩和含砾砂岩、白垩系下统岩屑石英砂岩和第四系黄土及冲洪积物（图 1）.尾矿库的矿渣主要为酸性火山岩及千枚岩中基性火山岩组，是选矿厂处理块状含铜黄铁矿矿石、浸染状含铜黄铁矿矿石和少量辉铜矿、蓝铜矿、褐铁矿、闪图 1研究区地质简图Fig 1Geological sketch map of the study area1第四系松散砂砾石层和亚砂土（Quaternary loose sand gravel andsandy loam）；2三叠系中统粉砂岩和含砾砂岩（Middle Triassicsiltstone and gravel sandstone）；3白垩系下统厚层状中粗粒岩屑石英砂岩（Lower Cretaceous thick-bedded medium-coarse grained lithic quartzsandstone）；4侏罗系灰白色石英质砾岩夹含砾粗砂岩（Jurassic gray-white quartz conglomerate with gravel-bearing coarse sandstone）；5尾矿库范围（tailings pond）锌矿后留下的尾矿13.尾矿库周边岩性与尾矿砂在电性特征上具有较明显的差异性（表 1），这是因为尾矿砂内较高的含水率及高于周边基岩的重金属离子而呈现低电阻率特征；同时尾矿库内的尾矿砂在经过几十年的堆积并且随着冶炼提纯工艺的发展，使得尾矿砂在水平方向和垂向上出现电性区别，为查明尾矿砂分布和库容提供了一定的参考依据.表 1尾矿库及周边岩性物性特征Table 1Physical parameters of tailings pond andsurroundings lithology岩 性电阻率范围/m尾矿砂1356.4含水尾矿砂200地质与资源2023 年803物探方法高密度电阻率法具有测量电剖面和电测深的双重作用，因其工作效率高、布设简便、采集数据量大等特点14-16，被广泛用在地质勘探和环境地质调查等工作中17.高密度电阻率法应用的依据是地下介质在水平方向或垂向上能显示出各个层位的不同电性特征18-19.常用的装置系统有四电极排列三电位系统和三电极排列两电位系统20-21.为了更具有时效性，本研究采用了四电极排列三电位系统的温纳装置，采用深圳赛赢地脉公司生产的 GD10 型高密度电阻率法测量设备.共布设高密度电阻率法测量剖面 13 条，其中 5 m电极距剖面 11 条，10 m 电极距剖面 2 条（图 2）.在工作前期用中海达 RTK 测量各测量点的高程数据，用于后期地形改正.图 2工作区勘探剖面部署图Fig 2Deployment map of exploration section in the working area1第四系松散砂砾石层和亚砂土（Quaternary loose sand gravel andsandy loam）；2三叠系中统粉砂岩和含砾砂岩（Middle Triassic siltstoneand gravel sandstone）；3白垩系下统厚层状中粗粒岩屑石英砂岩（Lower Cretaceous thick-bedded medium-coarse grained lithic quartzsandstone）；4侏罗系灰白色石英质砾岩夹含砾粗砂岩（Jurassic gray-whitequartz conglomerate with gravel-bearing coarse sandstone）；5测线编号（number of survey line）；6 5 m 点距测线（survey line with 5 m electrodespacing）；7 10 m 点距测线（survey line with 10 m electrode spacing）4建模数据处理及可视化成效41数据准备和处理利用瑞典 RES2DINV 软件，对数据进行预处理、剔除坏点、计算反演.尾矿库可视化模型主要包括尾矿库的顶界面（即尾矿库地形）和尾矿库的底界面（即原始地形）.尾矿库顶界面由 RTK 地理测绘采集，底界面是通过物理勘探反演和工程钻孔校准验证后确定.42地质界面的可视化地质界面的可视化需要 Surfer 软件的协助才能完成，对尾矿库顶面完成的地理测绘数据（x、y、z）整理导入到 Surfer 中完成网格化，在 Voxler 中将 GRD 格式文件导入后通过 Module Manager（模块管理器）、NetworkManager（网络管理器）、Property Manager（属性管理器）三大模块，完成对需要显示对象的添加、连接、编辑和显示的操作任务.调整后的显示效果如图 3.图 3地质界面可视化效果Fig 3Visualization effect of geological interface尾矿库底界面的确定需要高密度电法数据和工程钻孔验证相结合.图 4 所示为高密度测线 GPM01 的反演电阻率断面，根据各介质的物性差异结合地质解译出尾矿库底界面（图中