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1物性前提分析及探測方法介紹

根據(jù)巖礦石電磁特征的普遍規(guī)律和工作區(qū)的地質(zhì)條件，區(qū)內(nèi)存在用音頻電磁測深法和五極縱軸激電測深法探測采空區(qū)的物性前提，主要體現(xiàn)為以下4個方面:

(1)測區(qū)地層為淺部的鐵礦體和深部的層狀銅、鉛、鋅、硫多金屬礦體，為低電阻率地層，而無水采空區(qū)電阻率高。

(2)無水采空區(qū)具有一定的規(guī)模，會在測線電阻率斷面圖中顯示電阻率曲線呈圓形和橢圓形分布，且電阻率值較高。區(qū)內(nèi)各地層中存在的短暫性(探測期間)充水空區(qū)具有較低的電阻率，相對較低的極化率，與圍巖存在物性差異。

(3)區(qū)內(nèi)存在的黃鐵礦(化)體及硫化礦物等，其電阻率值較低，但其極化率較高，且在該礦區(qū)分布范圍廣，產(chǎn)狀平緩。

(4)常年積水的老空區(qū)，電阻率很低，同時(shí)因硫酸根離子含量高，極化率高，其物性參數(shù)與圍巖差異不大，所以很難從電性參數(shù)及極化率參數(shù)加以區(qū)別。音頻電磁測深探測是利用天然的電磁場穿過非均質(zhì)的大地介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的與天然電磁場同頻率的感應(yīng)電磁場，電磁場在大地傳播時(shí)，會引起電場的梯度變化，同時(shí)又引起磁場的垂直分量變化，其振幅衰減與穿過的地層深度存在關(guān)系，衰減速度與穿過的地層電阻率以及天然的頻率亦有關(guān)聯(lián)。地下構(gòu)造、巖溶、礦體以及采空區(qū)的探測運(yùn)用這一原理來實(shí)施，多年的實(shí)踐證實(shí)，在無干擾或干擾很小的情況下，探測效果非常理想。該方法的主要缺點(diǎn)為高壓線干擾嚴(yán)重，有高壓線區(qū)域幾乎無法接收有用信息。本礦礦體圍巖黃鐵礦化、硫鐵礦化嚴(yán)重，呈現(xiàn)出低阻高極化特征，而無水空區(qū)呈現(xiàn)高阻低極化特征，常年性積水空區(qū)因含硫酸根離子高，也呈現(xiàn)低阻高極化特征，與礦體物性參數(shù)接近，短暫性積水空區(qū)呈現(xiàn)低阻低極化特征。雖然音頻電磁測深在無干擾的條件下，效果很好，但它只能采集到視電阻率數(shù)據(jù)，無法區(qū)別異常性質(zhì)，即在本礦無法區(qū)別積水空區(qū)和礦體(或礦化巖體)。而地面五極縱軸激電測深，可探測視電阻率和極化率兩個參數(shù)，從理論上分析，它可區(qū)別短暫性積水空區(qū)和礦體。

2物探試驗(yàn)設(shè)計(jì)布置

物探試驗(yàn)設(shè)計(jì)在北采區(qū)672m標(biāo)高平臺布置8條探測線，點(diǎn)距為10m。主要目的是探測測區(qū)地面標(biāo)高以下50m深度內(nèi)存在的采空區(qū)規(guī)模和位置。物探試驗(yàn)在所有音頻測深點(diǎn)布置了地面五極縱軸激電測深。但地面五極縱軸激電測深探測深度有限，加上地面五極縱軸激電測深野外工作裝置較復(fù)雜，須在3個方向布極或測量，探測工作困難。該礦為露采，工作場所復(fù)雜，無法按規(guī)范準(zhǔn)確布極和測量。

3物探試驗(yàn)推斷與解釋

由于測線較多，這里只做位于1X(1線)的音頻電磁測深斷面推斷解譯和地面五極縱軸激電測深斷面綜合推斷解釋。1X(1線)音頻電磁測深斷面推斷解譯1X線布置在指定試驗(yàn)區(qū)的西北面的最外側(cè)，長100m，11個測點(diǎn)，測線沿北東向布置。從1X線的視電阻率異常及推斷解釋看出，整體來說，地表附近的電阻率曲線變化平緩，中、深部變化過渡較劇烈，地表附近可能因連續(xù)降雨或黃鐵礦化或含礦豐富，表現(xiàn)為電阻率很低，淺部低阻出現(xiàn)在+665m標(biāo)高上下，巖層受大氣降水或礦化的影響，含水性較好，表現(xiàn)出電阻率低的特性。局部相對高阻為空區(qū)、巷道的反映。

4綜合分析解釋

從現(xiàn)場探測采集圖來看，音頻電磁測深大部分點(diǎn)探測順利，數(shù)據(jù)采集速度較快，干擾因素少，探測數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。但由于本礦是露天開采，陡坎邊坡密集，地面五極縱軸激電測深方法無法按規(guī)范要求實(shí)施。

4．1試驗(yàn)區(qū)異常綜合分析解釋

由于探測試驗(yàn)區(qū)不大，為獲得最佳物探效果，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)形狀特點(diǎn)設(shè)計(jì)探測線方向?yàn)楸睎|向，達(dá)到各探測線的測點(diǎn)相對其他方向測點(diǎn)最多，物探數(shù)據(jù)相對更可靠。本次是在同一試驗(yàn)區(qū)采用音頻電磁測深和五極縱軸激電測深兩種方法探測，根據(jù)兩種方法探測斷面的成果推斷采空區(qū)位置，再比較與實(shí)際采空區(qū)位置的接近程度來判斷探測方法的有效性以及哪種方法的準(zhǔn)確率更高。推斷解釋完全是根據(jù)實(shí)際探測斷面成果圖并結(jié)合地層及經(jīng)驗(yàn)，因此，推測的采空區(qū)大小和位置與實(shí)際采空區(qū)大小存在一定誤差，綜合分析可以得出以下幾點(diǎn)。

(1)從各條音頻電磁測深反演后的斷面視電阻率等值線來看，試驗(yàn)區(qū)分布較多采空區(qū)和巷道。主要分布在試驗(yàn)區(qū)測線的中部、6～8號測線的大號點(diǎn)以及1～5號測線的0～4號點(diǎn)。

(2)由于探測斷面圖是根據(jù)物探儀器采集曲線或數(shù)據(jù)，采用物探軟件自動生成的連續(xù)等值線圖，而物探異常是相對值，是物探處理人員根據(jù)物探軟件生成的連續(xù)等值線斷面圖結(jié)合個人經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)資料人為圈定的，圈出的異常大小往往受人為經(jīng)驗(yàn)和對礦區(qū)各種資料了解程度的影響。因此，圈出的異常大小和位置與實(shí)際采空區(qū)或巷道的大小和位置存在一定誤差，估計(jì)本次誤差在10m左右。

(3)從音頻電磁測深探測成果圖分析，試驗(yàn)區(qū)主要存在5個高程段的高阻異常，推測為采空區(qū)或巷道，分別為:第一高程段，位于淺部的640～660m標(biāo)高，埋深12～35m左右，推測以采空區(qū)為主，但不同高程存在巷道;第二高程段，位于中、淺部的620～640m標(biāo)高，埋深30～52m左右，1～8線不同部位都有存在，有兩個比較明顯的區(qū)域，一是1線的0～4號測點(diǎn)封閉區(qū)域，二是2～5線的5～8號測點(diǎn)以及6號測線的4～6號測點(diǎn)，投影推斷以采空區(qū)為主;第三高程段，585～640m標(biāo)高，埋深30～35m，位于6～8線的大號點(diǎn)端部，分別是6線的3．5～7．5號點(diǎn)，7線的3．5號點(diǎn)以北和8線的4號點(diǎn)以北，從6～8線大號點(diǎn)的異常形態(tài)看，異常未封閉，推測該異常為采空區(qū)的反映，該采空區(qū)規(guī)模較大，異常區(qū)僅為采空區(qū)的一部分，測線未到采空區(qū)邊界，采空區(qū)往東南及東方向延伸，推測該區(qū)為一個未到邊界的大型采空區(qū);第四高程段，570～600m標(biāo)高，位于2～5號線的6～9號點(diǎn)和6～8號線的3．5號線以北，推測該區(qū)以巷道為主，有采空區(qū)存在，推測6～8號線的3．5號線以北主要為采空區(qū);第五高程段，490～540m標(biāo)高，位于1線的0～4號點(diǎn)以及2～5號測線的6～10號之間，推測以巷道為主，但有采空區(qū)存在。

(4)對比各探測線的音頻電磁測深和地面五極縱軸激電測深斷面圖，發(fā)現(xiàn)2種方法的異常位置不完全吻合。造成這種結(jié)果的原因是受露天邊坡的影響，地面五極縱軸激電測深無法按規(guī)范準(zhǔn)確布極，導(dǎo)致測量電極距誤差，部分測線探測深度也未達(dá)到50m埋深。

(5)由于物探存在邊界效應(yīng)，邊界異常往往可靠性大大降低，要達(dá)到比較理想的效果，其測線長度與探測深度必須達(dá)到一個合理的比例，一般要求測線長度是探測深度的2倍，由于現(xiàn)場條件限制，難以實(shí)現(xiàn)。從而導(dǎo)致測線兩端的異常分析存在誤差。

(6)從各條音頻電磁測深斷面圖可以看出，淺部高阻異常不多，分析有兩種可能:一是該區(qū)淺部實(shí)際采空區(qū)不多，二是本次音頻電磁測深未采用人工發(fā)射源，因部分頻段缺失，導(dǎo)致部分淺部采空區(qū)未被測到。

(7)由于采空區(qū)大小相對礦層或礦化巖體，規(guī)模較小，測區(qū)巖體或礦層普遍高極化，五極測深的不連續(xù)數(shù)據(jù)采集使細(xì)小采空區(qū)和巷道的低極化反應(yīng)不明顯，所以，無法從地面五極縱軸激電測深的極化率參數(shù)判斷采空區(qū)和巷道的存在。

(8)從各探測線視電阻率等值線斷面圖看，各測線中部不同程度的出現(xiàn)近似垂直的條帶狀相對高阻，分析可能是平面位置大致相同，不同高程都存在巷道;或者存在上下連通的采空區(qū)、斜井、豎井、采礦溜槽等無水空間;或者上下空區(qū)之間巖體相對較松動。

4．2探測成果與實(shí)際空區(qū)(巷道)大小誤差分析

探測結(jié)果有以下規(guī)律:

(1)圈出的異常范圍和大小與實(shí)際采空區(qū)和巷道位置基本吻合，圈出的異常范圍和大小比實(shí)際采空區(qū)略小;

(2)淺部密集的小型空區(qū)或巷道在探測斷面圖上反映為連續(xù)的異常區(qū)，推測可能是因?yàn)辄c(diǎn)距和線距(10m)太大造成;

(3)圈出的中部異常范圍和大小與中部實(shí)際采空區(qū)位置和大小吻合良好;

(4)綜合分析估計(jì)誤差在10m左右。

5結(jié)論

(1)本次探測成果僅限于試驗(yàn)區(qū)探測范圍內(nèi)(1X－8X)672m標(biāo)高以下的區(qū)域。

(2)從音頻測深的斷面成果圖可以看出，高阻異常明顯，認(rèn)為音頻電磁測深法在大寶山礦區(qū)探測采空區(qū)有效，可為本礦的采空區(qū)治理提供較可靠的依據(jù)。建議應(yīng)用時(shí)增加人工發(fā)射源，彌補(bǔ)天然電磁場缺失的部分高頻段，以便更詳細(xì)的查明淺部采空區(qū)分布情況。

(3)由于地形、地層及地面五極縱軸激電測深工作原理限制，高密度的邊坡陡坎無法準(zhǔn)確的布置測量電極。從地面五極縱軸激電測深的視極化率和視電阻率等值線斷面圖可以看出，出現(xiàn)相對高電阻率的對應(yīng)區(qū)域并未出現(xiàn)低極化，因此，本礦露采區(qū)不宜采用地面五極縱軸激電測深。

(4)根據(jù)各條測線的音頻電測測深斷面成果，試驗(yàn)區(qū)存在較多采空區(qū)和巷道，主要分布在5個標(biāo)高段。

作者：陳學(xué)軍 劉靜 趙子巍 單位：廣東省大寶山礦業(yè)有限公司 長沙礦山研究院有限責(zé)任公司