弓长岭铁矿采空区物探应用效果

[摘 要]文章介绍了应用高密度电法与地震映像法对弓长岭铁矿采空区探测的方法技术及应用效果。论述了地震映像法具有数据采集速度快、抗干扰能力强、勘探深度不受限制、资料处理速度快、地震波对采空区的顶板界定反映敏感，可根据波形和同相轴特征推断洞穴的顶部埋深。高密度电法有一定的游散电流干扰，两种方法恰可以优势互补，相互借鉴，互相印证。

[关键词]采空区；高密度电法；地震映像法；游散电流

中图分类号：D785 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）11-0006-01

引言

弓长岭铁矿是一个开采历史很久的老矿区，多年的地下开采已经形成了

多处不同大小及深度的采空区。由于受长期风化、应力等因素影响已造成岩层形变、地面扒裂，局部充水或塌陷，公路及民宅受损，严重危及矿区大型设备及人身安全。因此矿山面临的首要任务是查明矿区采空区的位置、形态及规模，为地质灾害危险性评估、防治以及今后的地下资源的合理开发提供基础性资料。

根据任务要求，物探投入了高密度电法和浅层地震映像法工作，通过精心探查对发现的16个采空区异常进行深部验证，取得的地质效果是令人满意的。

1 测区概况与物理条件

测区位于该矿区的主平台上。该平台局部堆积的是铁矿石和毛石。采矿的掌子面大致位于平台的中南部，形成近10m高陡崖，采坑堆积了经碾压的碎石土，构成了南东宽、北西窄的地貌单元。陡崖及凸凹不平的地貌给高密度、浅震布线和测量着实带来了极大的困难。

测区主要岩石是角闪岩和片岩。角闪岩厚度多为20-30m；片岩岩性变化大，内夹1-2层透镜体状透闪磁铁石英岩，厚度40-80m。物探应用的前提条件是基于目标物与围岩的物性差异，当采空区没充水显示绝对高阻，其视电阻率值要高于磁铁石英岩、角闪岩和片岩的电阻率值；相反，若采空区充水，则视电阻率值要低于磁铁石英岩、角闪岩和片岩的电阻率值。而人工形成的地震波在岩石与采空区中传播速度具有明显差异，具备高密度电法与地震映像法应用的前提条件。

2 方法技术

高密度电法测量使用重庆厂生产的DUK-2多功能电法仪，测量参数为视电阻率，装置采用温纳四极方式，线距5m，点距3m。最大隔离系数为20，每组电极总数为120根，最大勘探深度为60m，供电电源为三菱牌MGE2901型2.4KW发动机经DZ-2型整流源整流后对地供电，数据处理软件为RT/RTMApper ForWindows Version 2.3的视电阻率成像与图示系统（如图1）。

浅震测量采用重庆奔腾数控研究所生产的WZG-24工程地震仪，线距5m，点距1m，偏移距16m。采样间隔200μm，采集点数2048个。分析软件为北京科研所研制的CSP5.1浅反处理软件，反射波映像法数据利用CSP5.1处理软件进行格式转换后，在进行干扰信号的滤除，然后进行频率滤波滤掉低频和高频波干扰，并进行增益均衡时深转换等一系列处理，最后形成影像剖面图。

测线方位为310°，测线布设21条线；北西为小号，南东为大号，浅震与高密度剖面线重合。

3 资料分析与解译

异常解释推断依据是根据已知采空区高密度和地震映像异常特征进行综合分析。在视电阻率断面图上，根据视电阻率值范围、异常形态特征圈出电性异常，结合已知地形地质资料大致判断目标物的位置。在定性分析的基础上，用RT/RTMApper ForWindows Version 2.3高密度视电阻率成像与图视系统进行反演。把各条剖面推出的异常投影到地表，按照与勘探线的对应关系把异常落到推断成果平面图上，结合地质情况形成异常推断成果图。地震映像断面图是依据地震波同相轴错动、同相轴局部缺失、局部反射波形、反射波频率振幅的变化特征，将推断出的异常垂直投影到地表位置，根据异常顶部反射波的旅行时间和围岩的波速值，计算出异常的顶部埋深。最后结合高密度电法资料综合分析采空区的空间分布特征。

本次探测查出了16个采空异常和8条破碎带，经钻孔验证地质效果较好。本文以5号异常为例介绍采空区地震映象、高密度电法的异常特征。

3.1 异常特征

测区岩层风化程度很不均匀，围岩蚀变变化较大。由已知高密度试验断面图可知，采空区分布的异常大部分为中高电阻率值域范围内，靠近断裂构造的采空区呈现低电阻率，往往是因充填地下水而导致低电阻率值，当采空区无水则显示明显的高阻值（6号异常）。

由高密度电阻率断面等值线图1可以看出，浅部反映较凌乱不均匀的异常是第四系松散层或破碎的矿石及围岩引起，局部的高阻体是未充水的碎石回填坑。断裂带因相互错动，岩层受到破坏，显示较低电阻率值（F6、F7、F8）。

5号异常中心位于74m处，水平范围：12-13m；垂直范围：8-9m。异常呈高阻显示，最高阻达10000Ω.m以上，可见采空区未充水。

图2是同剖面的地震映象剖面图，在68-80m范围内，采空区由于原始岩层发生错动，结构被破坏使得物理特性发生改变，地震波在通过采空区时，产生同相轴出现缺失、错动，偶尔波形发生绕射，异常两侧同相轴向下弯曲、异常中心部位同相轴向上凸起；而在采空区异常下方，地震波振幅减小。可见地震映象所反映的5号异常位置、顶部埋深与高密度异常基本吻合。此外，位于该异常左侧的F8断裂带处，地震波同相轴也有明显错动，同相轴有出现缺失现象，说明了F8存在的可靠性。

3.2 钻探验证

共验证5个钻孔，验证内容为采空区、采空巷道和岩石破碎程度等。ZK3孔是验证5号异常的，孔深30m。其验证结果如下：

0.0～4.8m，岩石破碎；4.8～16.3m，微风化角闪岩、片岩；16.3～17.5m，透闪磁铁石英岩；17.5～24.1m，采空巷道，充填碎石（无水）；24.1～30.2m，透闪磁铁石英岩。该孔验证结果与探测结果基本吻合。

4、结束语

（1）应用高密度电法、地震映像法探测采空区方法是可行的。为矿山的地灾治理与防护提供了指导性资料。

（2）地震映像法具有数据采集速度快、抗干扰能力强、勘探深度不受限制、资料处理速度快，地震波反映采空区异常顶部界限比较清晰，可根据波形及同相轴绕射特征推断采空区的顶部埋深。

（3）高密度电法具有电剖面和电测深法的双重属性，既可观测地下一定深度的横向电性变化，又观测垂向电性变化，具有信息量丰富、效率高成果直观等优点。它对物理场条件要求比较严格，适宜开阔平坦的场地，外电场干扰小，接地条件好，有明显的视电阻率差异等。

（4）本区由于探测的目标物和围岩之间有明显的电阻率差异，为高密度电法应用奠定了基础，但微弱的游散电流显示，局部的基岩，也给电法数据采集和布极带来一定影响。而就浅震游散电流对其不够成危害，的基岩反倒给它增加了几分优越。可见方法的优势互补在一定条件下是保证探测资料取得成功的关键。浅层地震映像法在本区发挥了其独特的优势作用，起到了互相补充，互相印证和互相借鉴的作用。

参考文献

[1] 武汉地院金属物探教研室。电法勘探教程。地质出版社。1980.

[2] 王兴泰.工程与环境物探新方法与新技术 地质出版社，1996

[3] 董浩斌.高密度电法在隐伏断裂探测中的应用 地质科技情报，2003.