地球物理探測技術在礦山工程中的應用研究

聶慶雄 徐仰龍 井國騫

摘 要：地球物理勘探是一門綜合性、實用性、應用型較強的專業。近年來，隨著我國礦山工程建設的不斷加快，地球物理探測技術也被廣泛應用于礦山工程建設當中，既推進了礦山工程建設的順利開展，也促進了地球物理探測技術的應用與發展。一批批新設備、新技術和新方法成功推廣，為礦山工程設計、勘察、施工、后期評估提供了大量的數據信息，確保了礦山工程建設水平的不斷發展。上述這些充分說明了地球物理探測技術的重要性，也在鼓勵我們不斷學習、不斷探究地球物理探測技術在礦山工程中的應用。

關鍵詞：地球物理探測技術；礦山工程；應用研究

近年來，隨著我國國民經濟的快速發展，各行各業對礦產資源的需求量不斷增加，加強礦山工程建設成為緩解資源需求與保障能力之間矛盾的重要途徑。然而，隨著礦山工程建設不斷推進，各種隱患和問題也逐漸涌現出來。因此，在工作中，需要我們加強物理探測技術的應用，充分發揮物理探測技術的優勢，確保勘查工作的科學性與合理性，以提高工作效率和質量，為礦山工程建設提供重要的技術支撐，最大程度的確保生命財產安全，促進礦山工程建設的持續發展。

1 地球物理勘查的技術方法

地球物理勘查是以勘查對象的物理性質和數理理論為基礎，以發現地球物理差異為手段，解釋和推斷工程地質勘察、區域地質調查和工程結構病害檢測問題為主要任務的前沿地質學科。在礦山工程地質勘察中，地球物理探測技術扮演的角色越來越重要，現已成為主要勘查手段。

2 電法勘探方法在礦山工程地質中的應用

2.1 激發極化法在礦山工程地質中的應用

激發極化法是根據巖石、礦石的激發極化效應來尋找金屬和解決水文地質、工程地質等問題的一組電法勘探方法。常用的電極排列有中間梯度排列、聯合剖面排列、固定點電源排列、對稱四極測深排列等。也可以用使礦體直接或間接充電的辦法來圈定礦體的延展范圍和增大勘探深度。在實際地質應用方面，初期的激電法主要用于助A硫化金屬礦床，后來發展到諸多領域，如工程地質問題等。近年來，激電法找水效果十分顯著，被譽為“找水新法”。早在上世紀60年代，國外學者就提出了用激電二次場衰減速度找水的思想。而我國也開展了有關研究，就是利用其激電法找水或確定地層的含水性。

2.2 高密度電法在礦山工程地質中的應用

高密度電法指的是直流高密度電阻率法，但由于從中發展出直流激發極化法，所以統稱高密度電法。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法，野外測量時只需將全部電極（幾十至上百根）置于測點上，然后利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀便可實現數據的快速和自動采集。我國是從20世紀末期開始研究高密度電法及其應用技術，從理論方法和實際應用的角度進行了探討并完善。目前，高密度電法與常規電阻率法相比，高密度電法最大的優點是野外數據采集實現了自動化或半自動化，提高了數據采集速度，避免了手工誤操作。同時隨著地球物理反演方法的發展，高密度電法資料的電阻率成像技術也從一維和二維發展到三維，極大地提高了地電資料的解釋精度。高密度電法應用領域比較廣，尤其在水文和工程地質勘查方面，一般與激發極化法相結合，這樣不僅可以降低地球物理解釋的多解性，而且還可以提高找水的成功率。高密度電阻率法在確定高阻或低阻地質體具有優越性，但低阻地質體并不代表富含地下水，可能是由于泥巖引起地層的電阻率下降。這時，可以通過使用激電法來區分含水地層和泥巖，因為激電二次場與巖石的孔隙有關，在純粹泥巖中極化率比較小，在含水砂礫巖中極化率比較大。此外二次場的衰減速度也與孔隙的大小、形狀和寬窄有關，這就是激電法找水的機理所在。

2.3 瞬變電磁法在礦山工程地質中的應用

瞬變電磁法，是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質中引起的二次感應渦流場，從而探測介質電阻率的一種方法。瞬變電磁法最初是由前蘇聯學者在20世紀30年代提出用于解決地質構造問題，在我國，該方法研究始于70年代，直到90年代后才逐步向工程檢測、環境、災害等應用領域發展。不過，雖然瞬變電磁法的工作效率高，但也不能取代其它電法勘探手段，這是因為瞬變電磁法當遇到周邊有大的金屬結構時地面或空間的金屬結構時，所測到的數據不可使用，此時應補充直流電法或其它物探方法。同時在地層表面遇到大量的低阻層礦化帶時瞬變電磁法也不能可靠的測量，因此在選擇測量時要考慮地質結構。因此，在測量過程中，要隨時記錄地表可見的巖石特征，裝置的傾角以及高程，以便在后續的解釋中，準確的劃分地層構造。同時在進入工區前盡量尋找已知地層的基準點對儀器進行校準，以確保測量的準確性。

2.4 可控源音頻大地電磁法在礦山工程地質中的應用

可控源音頻大地電磁法是電磁法的一種，它的主要特點是用人工控制的場源做頻率測深。采用人工場源可以克服天然場源信號微弱的缺點，但是波的非平面波特性決定了處理資料時的復雜性。可控源音頻大地電磁法采用可控制人工場源，測量由電偶極源傳送到地下的電磁場分量，兩個電極電源的距離為1～2千米，測量是在距離場源5～10千米以外的范圍進行，此時場源可以近似為一個平面波。由于該方法的探測深度較大，并且兼有剖面和測深雙重性質，因此具有諸多優點。比如它是利用改變頻率而非改變幾何尺寸進行不同深度的電測深，提高了工作效率，一次發射可同時完成7個點的電磁測深。并且它的高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻層，與大地電磁法和音頻大地電磁法法相同，可控源音頻大地電磁法也受靜態效應和近場效應的影響，可以通過多種靜態校正方法來消除靜態效應的影響。

結束語

總之，目前地球物理勘查法已經引進現代電子計算器技術，進一步壓制干擾，提高分辨能力，提取更多的有用信息，發展反演的理論和技術，提高各類地質問題的地球物理解釋、推斷效果并不斷提高地球物理數據處理的工作效率和圖像處理技術。而地球物理勘探技術在未來發展趨勢主要是向高精度、多功能、數字化和智能化的方向發展。同樣，現代地質學理論的發展，也促使了礦山深部地質問題的研究愈顯重要，而應用于這方面研究的地球物理勘探方法，已顯示出其潛力和優越性。

參考文獻

[1] 肖波.探討地球物理探測技術在程勘察中的應用[J].科技廣場，2015，（3）.