综合物探技术在矿山水文地质勘探中运用分析_李谷丰.pdf

168管理及其他Management and other综合物探技术在矿山水文地质勘探中运用分析李谷丰摘要：本文采用综合物探技术对矿山水文地质情况进行了勘探分析，首先将常见的综合物探技术与应用途径做了列举说明，其次对综合物探技术在矿山水文地质勘探的应用进行实例分析，通过对矿山拟定、勘探实施、结果分析、结果解释以及地质资料的研发几方面来细述，最后希望通过本文的分析帮助矿山水文地质勘探工作更加高效地进行。关键词：综合物探技术；矿山；水文地质勘探加深对水文地质条件的了解，有利于提高矿山开采工作的安全性，尤其是对于矿井工作来说，矿山的水文地质勘探工作有着特殊要求，且矿山勘探具有隐蔽性的特点，在实际勘探时难以精确，在这种情况下需使用综合物探技术来进行，综合物探技术的应用将普通物探技术勘探水文地质的优缺点进行协调互补，是当前最为有效的勘探手段。1 常见综合物探技术与技术应用途径目前，综合物探技术通常是以先进的电子设备作为载体来进行的，通过技术的不断发展，对传统的电子技术也进行了相应的革新和优化，并将综合物探技术的使用精准性进行了一定程度的提升，综合物探技术是通过对矿山地质环境的物理性质的差异性来进行的。基于当前矿山开采系统层出不穷的安全事故，相关部门加大了对矿山整改工作的重视，在保证矿产开采量的前提下，全方位保障开采安全，尽量不破坏生态平衡。这就要求在矿山开采之前，有必要对开采的矿山周边的地质水文环境充分掌握，加深对四周环境条件与气候变化情况的了解，综合物探技术能够帮助相关技术人员利用专业的勘探仪器对矿山周边的地质环境进行全面检测，并将岩层和水文数据进行研究分析，将其中的隐患因素进行提前处理，确保安全施工，提升工作质量。在进行地质水文勘测时，尤其要注意对矿山水文系统的勘探，确认矿山地下水的覆盖程度，确定地下水的位置，以免矿井工作时出现地下水倒灌或是塌方，引发安全事故。本文中我们主要讨论两种物探技术以及他们的综合使用。1.1地震勘探技术地震勘探技术主要由三部分组成，分别是野外资料采集、资料处理、资料解释。野外资料采集时，需要人工技术来合成地震波，并将地震波向矿山的地层进行传导，通过地震波的不断传播，技术人员就能够对地下环境有一个实时的了解，当地震波接触到岩层属性不同的介质时，亦或是地震波的传导触及到了不同的区域，地震反射波就会呈现出不同状况的反射或折射波频，技术人员通过反射回来的波频再加以综合分析，结合震源的特性以及检测仪器所摆放的具体位置等信息要素，进而判断出当地矿井下的地质水文条件。地震勘探技术又被称为震波超前勘探技术，根据地震波的传播情况了解矿山水文地质情况。地震波进入岩层内部后，会在岩层中传播，当地震波接触到不同岩层时，就会形成波阻抗Z差异，勘探人员根据反射或折射的情况判断矿山水文地质情况，获取勘探信息。运用震波超前勘探技术时，需要使用专门的仪器设备，如三分量传感器，利用仪器设备发出震波。需要注意的是，仪器设备的位置会影响勘探信息，为了获得准确的勘探结果，需要将仪器设备放置在井下巷道中，合理进行布设。布置震波震源时，需要将其放置在巷道侧帮洞底平行腰线的区域，将震波震源摆放整齐，使各个震波震源处于同一条直线上，排列完成后，启动仪器设备，发出地震波，就会产生反射波，反射波具有很强的穿透性，可以穿过软弱地质截面，进入不同的地质结构面。在勘探过程中，还需要使用检波器，该装置能够接收反射波，形成地震波拟断面，勘探人员在观测系统上进行操作，全面了解巷道中的地质结构，获取矿山水文地质信息，了解异常的地质结构层，根据地震勘探断点的勘探信息分析地质结构，详细了解断层结构的实际情况。1.2瞬变电磁勘探技术瞬变电磁勘探技术将不接地的回线或者是接地的导线当成场源，之后向其注入脉冲电流，这样的方式能够让勘测的区域目标形成二次电流，观察二次电流，通过勘测时间的调整，记录分析结果，以此得出勘测区域的地质水文情况。瞬变电磁勘探技术与其他技术相比有着显著的优势，该技术分层能力极强，穿透性能较好，瞬变电磁勘探技术在实现对地质水文勘测的同时还能够对剖面进行横向与深向的测量，将矿山地质水文情况的数据勘测进行的更加精准。瞬变电磁勘探技术的使用原理是通过矿井中不同岩层的电阻率差异来进行的，瞬变电磁法通过对电磁的分布变化，利用水资源能够导电的物理特性进行对一定区域内矿山水文的了解，含水断层的电阻率较低，矿山中寒武系岩层的电阻率又较高，以169管理及其他Management and other此差异性来显示不同电阻率，通过实时地图标注，直观了解勘测区域的地质水文情况，降低了矿山开采工作的危险性，避免矿难事故的发生。除以上两种常用的物探技术外，对矿山的地质水文勘探还有探地雷达法和矿井直流法。其中，探地雷达法也是目前较为常用的一种，其具备工作过程灵活、可操作性高、测量精度极佳、操作费用低等特点。而矿井直流法主要用于水文的探测，也是目前常用的一种水文勘探法，在目前的矿山水文勘探中具备极高的实用性，也属于一种全空间电法勘探手段。不过这两种勘探方法不属于综合物探技术，因此不多做赘述。2 综合物探技术的应用实例2.1工程项目简介以实际工程为案例，分析综合物探技术的实践应用。拟定一个矿区环境，周围交通便利，有便利的交通到达矿井的生产井口，矿区整体处于丘陵地带，山顶与山底的高差大约在300m，并且山势地形较为陡峭，整体地势走向为西高东低，山脉中存在东西向的山谷，山谷对山脉进行横切，谷状为深V型，并且这样的山谷在山脉中分布较多，对整体的山脉呈现出侵蚀切割性地貌。拟定矿区在气候较为温暖湿润的地区，年平均降水量达1150mm，平均气温达16，气候灾害以冰雹、大风、暴雨为主。此拟定金属矿的开采矿层有三层，第一层是整个矿区都可进行开采的金属矿，厚度大约在0.65m 0.95m之间，第二层的厚度大致在0.12m 0.25m之间，整体的岩性主要是粉质泥沙岩和泥岩。第三层同样在全矿区都可进行开采，厚度约0.40m 0.55m，属于单一结构，顶板与地板的岩性存在区别，顶板的岩性主要是炭质泥岩以及泥岩，而底板的岩性主以砂质泥岩和泥岩为重。我们在矿区中设置几个观察桩柱，分别标号为F1、F2、F3、F4。利用工程矿井环境，为了保障对此环境下的水文地质进行充分的了解，进而保障矿井工作的安全性，因此我们运用地震勘探法与瞬变电磁勘探法来进行综合物探技术的分析。2.2综合物探的实施方法我们以上述矿井为例，此矿井中含有三组含金属矿地质，矿层结构相对稳定，但是存在地质断层，并且这三种金属矿地质的分布范围较广，并且基于其所处地域，地下水含量较为丰富。一般情况下，矿山地下水包含有裂隙水、岩溶水以及孔隙水，针对这三种水文以及断层地质的分析，需要我们用到地震勘探法与瞬变电磁勘探法。2.2.1地震勘探法使用地震勘探法来进行水文地质的勘探时，首先要对矿山周围的环境资料进行实地考察，并通过考察结果将现有的资料进行处理并将室内资料进行内容解析，在这里，可以通过对震波的折射和反射来进行，通过人工激发，让地震波将目标区域内的地址信息进行回传，在回传的信息中要格外注意震源的特性以及检查震波的机器所在的位置，以确保呈现的勘探结果的准确性。其次要了解勘探地区的地质情况，通过上文中我们可以看出，该矿区的主要岩性为泥岩和粉质泥沙岩，这种岩层与金属矿层存在一定的性质差异，因此对于地震波的反射情况也会呈现不同的结果，针对这种情况，在进行地震波勘探时，要与追踪对比技术进行结合，综合分析地震反射波的相位和强度，并以此结果来判断断层属性为何。最后，在使用地震勘探技术时，还要结合矿区的特性，进行多条主测线与辅向联络测线的合理布置，其中辅向联络线要比主测线多一条，并要在布置中将其按照垂直关系来进行，测线之间的间距维持在200m左右，并将60Hz的检波器进行两串两并的方式来设置，并使用中间不对称的两种方式进行信号的激发，分别是可控震源激发以及浸泡震源激发，这样的信号激发获取方式能够让信号数据的准确性更高，勘探结果也更为有效。若使用地震勘探技术，发现最终呈现的地震反射波处于连续性较好的状态，但是在某些区域存在零散的波组，那说明该区域内存在陷落柱区域，零散波组的位置就是陷落柱区域的所在点。若是发现连续的波组上出现了错乱和扭曲的波组，那就说明出现该波组的位置形成了断层结构。2.2.2瞬变电磁勘探法瞬变电磁法，我们也可称为时间域电磁法，这种勘探技术是利用脉冲电流来进行了，将脉冲电流充作场源，并以此激发二次电流的产生，通过对该二次电流的勘测，将勘探区域的详细信息进行掌握了解。基于当前矿井内部构造与周围的岩层之间在岩层属性上存在着电阻率差异，而瞬变电磁勘探技术能够较好的穿透，并且其使用方便，占地面积小，因此这种技术能够同时实现剖面测量与深度测量。在通常情况下，若是矿山岩层中存在水断层结构，则电阻率就会更低，针对这一特性，在实际的勘探过程中，通过对电阻率的反应不同，可以进行主测线与加密线的复合设置，加密线比主测线多一条，并且在这次设置中，可以将部分的勘测线与前期进行地震勘探时设置的勘测线进行重合，并且相关人员要在工作开始前先将各类使用设备进行检查，确保其能正常运转，以免影响勘探进程，并确保勘探结果的准确性。当顺便电磁勘探技术的结果得出后，就可以依照结果进行电阻率的分析，基于本矿井位处丘陵地带，断层会将矿山横向上的均匀性进行扭曲影响，当电阻率出现异常时，结合地震勘探结果，可判断其为陷落柱区域。若电阻率结果显示等值线出现了扭曲变形，或者出现了过分低阻区域，那就可以判断此地为水断层结构。170管理及其他Management and other2.3工程勘探结果分析2.3.1地震勘探结果通过对地震波的反射与折射情况分析，东部的地势较高区域的测波线会呈现出明显特征变化，因此需要对不同的测量点使用交点闭合方式来进行分析处理，通过对地震时间的解释，发现整体的矿山系统的反射波连续性较好，在F1断层和F3陷落柱结构区域形成了较为明显的扭曲状态，再结合当地矿山的地质钻探结果进行分析得出，F1、F2区域为断层和陷落柱结构。2.3.2瞬变电磁勘探结果在进行对顺便电磁勘探结果的分析时，我们要对勘探线进行分析，勘探线在设置时务必要保证与地震剖面相重合，以此才能确保该勘探结果的准确性，常用的勘探线为TEM04勘探线。通过对瞬变电磁勘探结果的电阻率分析，发现在某一高度上的电阻率处于较为平均的状态，并且呈现出循环中到循环低的特性，这也是金属矿在丘陵地带分布时常常会显露出的电阻率特性。但是在该特定区域下，发现电阻率出现较为明显的波动，通过分析发现该电阻率与横向上的岩层走势较为符合，并呈现出分布均匀的整体特征，在F3桩号处出现了异常明显的电阻率波动，依照研究判断此处为陷落柱区域，而在F1桩号处，电阻率呈现出扭曲状态，并伴随着异常的低阻现象，因此可以判定该区域为水断层结构，并可能处于断层的富水区。2.4综合物探结果的解释我们通过对以上两种综合物探技术的分析研究，可以发现在该拟定矿区环境下，存在多个陷落柱以及断层富水区，断点的分布覆盖于矿山的整体区域，充分保障了关于断点分布的原则，依照断点的分布情况，可以将该矿山系统分为8条组合断层，并结合勘探技术得出的数据结果对断层富水区以及陷落柱区域进行基本的位置判断。在该地区的岩层中含有含水量大、水文范围广的含水岩层，岩层分布位置在丘陵矿山的西部区域，这一位置中的断层处含有大量的岩溶水，并且呈现出裂隙发育和岩层破碎的景观，这样的特性使得岩层上下的含水层出现的水源导通。而该矿山地质水文中的中级富水层主要分布在岩体断层的西部与北部，这类岩层中的水源主要是太原组灰岩水。瞬变电磁法在实际的地质水文勘探工作中存在一定的盲区，单纯使用这一种勘探技术无法详细了解矿区情况，而地震勘探法可以弥补瞬变电磁勘探技术的不足。以上两种地质水文的勘探技术的综合使用能够在一定程度上将矿山的环境进行详细了解，但是为了提高精准度，还可以在矿山系统上设置重点的勘测区域进行辅助勘测，在这些区域的太原组灰岩层以及断层部分上进行钻孔，能够将该地区的地质水文情况获取的更加全面准确。在这其中要注意的是，在断层带上进行钻