綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘探中的運(yùn)用分析

楊 超

（云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司勘查分公司，云南 昆明 650200）

礦山的水文地質(zhì)情況影響著礦井的生產(chǎn)安全，并且礦山的水文地質(zhì)信息具有隱蔽性與區(qū)域性的特點(diǎn)，利用一般的勘探手段無(wú)法準(zhǔn)確的勘探出礦山實(shí)際的水文地質(zhì)條件，因此需要應(yīng)用綜合物探技術(shù)有效的提高礦山水文地質(zhì)勘探的精準(zhǔn)度。

1 礦井水文地質(zhì)概況

東溝礦井田在地理位置上位于丘陵地帶，并且其地勢(shì)主要為東北高西南低的走向，地勢(shì)起伏明顯。在東溝礦區(qū)內(nèi)主要有太原組以及山西組的地下含媒地層。兩組含煤地層的煤層產(chǎn)狀相對(duì)穩(wěn)定，并且平均厚度為6.12m。結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)資料可以了解到，在東溝礦井田中存在較為發(fā)育且分布范圍較廣的斷層裂隙，此種地勢(shì)條件為富集地下水創(chuàng)造了有利條件。在礦井煤層的開(kāi)采環(huán)節(jié)巖溶水是主要影響其開(kāi)采質(zhì)量的水源，同時(shí)也是礦漿防治與水文地質(zhì)勘探的重點(diǎn)勘探對(duì)象，除巖溶水外還有裂縫水以及孔隙水是礦區(qū)地下水的主要類型。因此考慮東溝礦井田的實(shí)際地質(zhì)條件之后應(yīng)該采用地震勘探以及瞬變電磁技術(shù)勘測(cè)礦區(qū)的水文地質(zhì)信息。

2 綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘探中的具體運(yùn)用途徑

2.1 地震勘探

2.1.1 地震勘探技術(shù)的原理

在地震勘探中主要由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，需要技術(shù)人員采集相關(guān)野外資料，之后在室內(nèi)進(jìn)行資料處理以及資料解釋的工作。在采集野外資料時(shí)，需要利用人工激發(fā)地震波的方式形成地震波，在地震波不斷向地下傳播的過(guò)程中，如果地震波遇到了介質(zhì)性質(zhì)不相同的地層或者某種區(qū)域時(shí)，地震波會(huì)出現(xiàn)不同的反射與折射情況，技術(shù)人員再利用地表檢波器接收反射或折射回來(lái)的地震波，綜合分析接收的結(jié)果、震源的實(shí)際特性以及檢波器的具體位置等信息后，精準(zhǔn)的判斷出礦井田的地下水文地質(zhì)情況[1]。

2.1.2 地震勘探技術(shù)資料解釋

根據(jù)相關(guān)資料可知礦區(qū)的主要采煤層中的層頂?shù)装鍘r層是由砂巖與砂質(zhì)泥巖組成的，并且根據(jù)地震勘探結(jié)果顯示，采煤層與周圍的巖層的波阻抗具有顯著的差異，具體表現(xiàn)為煤層的反射波強(qiáng)度與頂?shù)装鍘r層相比較強(qiáng)，并且可以達(dá)到2T的反射波強(qiáng)度。結(jié)合此種特點(diǎn)，勘測(cè)人員可以應(yīng)用地震勘探技術(shù)追蹤此波并進(jìn)行后續(xù)的對(duì)比，從反射波的強(qiáng)度、連續(xù)性、相位等方面對(duì)其具有的特征進(jìn)行詳細(xì)的分析。此外還可以參考地震勘探斷點(diǎn)所勘測(cè)的數(shù)據(jù)，在時(shí)間剖面的角度來(lái)了解煤層的產(chǎn)狀，進(jìn)一步分析出斷層的具體特征。

2.1.3 具體施工方法

在施工過(guò)程中需要考慮東溝礦區(qū)的實(shí)際地質(zhì)條件，因此可以在礦井田范圍內(nèi)設(shè)置11條地震勘測(cè)線，具體分為5條主測(cè)線以及6條聯(lián)絡(luò)測(cè)線，其分布方式為主測(cè)線沿傾向布置、聯(lián)絡(luò)測(cè)線為垂直布置，并保持每條測(cè)線之間的間距為200m。在檢波器的選用上需要選擇4規(guī)格相同的檢波器，其應(yīng)用方式為兩串兩并。此外需要保證數(shù)據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)的接收道間距為5m，其炮間距為10m，并且總數(shù)量為96道。值得注意的是信號(hào)激發(fā)應(yīng)用的是中間不對(duì)稱的激發(fā)方式，并且結(jié)合不同的勘測(cè)區(qū)域選擇不同的激發(fā)方式，一般情況下主要應(yīng)用井炮震源激發(fā)以及可控震源激發(fā)。

2.1.4 地震勘探結(jié)果

根據(jù)勘測(cè)結(jié)果顯示，西部測(cè)線的波組特征較為明顯，并結(jié)合追蹤對(duì)比的情況可分析出，礦井的主采煤層顯示反射地震波的連續(xù)性較好，但是在420-520之間的樁號(hào)中出現(xiàn)了明顯的地震波波動(dòng)，意味著在此勘測(cè)區(qū)域內(nèi)具有零散的波組，同時(shí)在630、830等樁號(hào)有明顯的波組錯(cuò)動(dòng)的現(xiàn)象，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料可以綜合分析得出此區(qū)域?yàn)閿鄬咏Y(jié)構(gòu)。

2.2 瞬變電磁勘探

2.2.1 瞬變電磁勘探原理分析

綜合物探技術(shù)中的瞬變電磁法在原理本質(zhì)上可以理解為時(shí)間域電磁法，勘測(cè)原理是把不接地回線或者接地導(dǎo)線當(dāng)成場(chǎng)源，并且需要向其內(nèi)部通入脈沖電流，進(jìn)而促使勘測(cè)的目標(biāo)產(chǎn)生二次電流，再通過(guò)變化勘測(cè)時(shí)間的方法來(lái)觀察二次場(chǎng)隨時(shí)間變化所產(chǎn)生的不同結(jié)果，進(jìn)而分析出被勘測(cè)的地質(zhì)情況。瞬變電磁法與其他電法勘測(cè)技術(shù)相比，具有分層能力強(qiáng)以及穿透性好等優(yōu)點(diǎn)，并且此種勘測(cè)技術(shù)還能同時(shí)對(duì)剖面進(jìn)行測(cè)量與測(cè)探，極大的提高了礦井水文地質(zhì)勘探的精準(zhǔn)度與工作效率。

2.2.2 資料解釋

礦井田的地質(zhì)構(gòu)造在通常情況下其電阻率與周圍其他介質(zhì)的電阻率有所差異。其中含水?dāng)鄬拥碾娮杪瘦^低，而寒武系巖層的電阻率要高于其他巖層。此外斷層在位于不同地層時(shí)，其內(nèi)部破碎物的透水性或富水性也存在著較大的差異。結(jié)合勘測(cè)資料來(lái)說(shuō)，在灰?guī)r的地層中其斷層處的破碎物所顯示的電阻率較低，且富水性比較好，而在泥巖地層中的斷層破碎帶的電阻率較高，富水性較差。此種方式是輸變電磁勘測(cè)技術(shù)勘探地層富水性的重要依據(jù)。

2.2.3 具體施工方法

在應(yīng)用此方法勘測(cè)前需要在礦井區(qū)內(nèi)設(shè)置5條主測(cè)線、8條地震勘測(cè)線以及6條加密線，其中一些線可與地震勘測(cè)線重合。

值得注意的為了提高勘測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度需要在勘測(cè)前對(duì)相應(yīng)設(shè)備及儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。并利用600m*600m的大定源回線勘測(cè)裝置發(fā)射線框，并控制發(fā)射電流為7A，頻率為25Hz，接收線圈的直徑為1m[2]。

2.2.4 瞬變電磁勘探結(jié)果

在分析勘測(cè)結(jié)果時(shí)需要選擇TEM04勘探線，此勘探線與地震剖面重合，因此可以提高勘測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)勘探結(jié)果可知在地面標(biāo)高60m處，在此之上的電阻率較為均勻，并且具有循環(huán)中-低的特征，煤層在丘陵地帶分布時(shí)一般具有此種特征。當(dāng)?shù)貙又谐霈F(xiàn)斷層時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生明顯波動(dòng)，觀察地面標(biāo)高60m以下的電阻率可以發(fā)現(xiàn)其在橫向上與灰?guī)r層較為符合，呈整體均勻的特征。而在420-520樁號(hào)顯示明顯異常的電阻率，可以根據(jù)此結(jié)果判斷該處構(gòu)造為陷落柱。在630、830等樁號(hào)出現(xiàn)了扭曲的電阻率等值線，并且還具有異常低阻的現(xiàn)象，可以綜合分析出此處為斷層中的富水區(qū)。

2.3 綜合物探結(jié)果解釋

綜合以上兩種物探技術(shù)的勘探結(jié)果可以綜合分析得出，在東溝礦井區(qū)的地下中具有一處陷落柱以及25個(gè)斷點(diǎn)，此外還有6個(gè)富水區(qū)域[3]。并且對(duì)斷點(diǎn)的分布保證了基本覆蓋礦山區(qū)域的原則，根據(jù)斷點(diǎn)的分布情況可以將勘探區(qū)域分為8條組合斷層，結(jié)合以上勘探結(jié)果可以基本勘測(cè)出礦山井區(qū)中的斷層情況以及富水區(qū)域的位置。

具體情況為：在寒武系灰?guī)r層中有水量大、范圍廣的含水層，具體位置為斷層的北部，此外在此斷層交匯處有大量的巖溶水，這一處的斷層帶呈現(xiàn)裂隙發(fā)育以及巖層破碎的特點(diǎn)，導(dǎo)致上下含水層具有導(dǎo)通的現(xiàn)象。在勘測(cè)區(qū)域內(nèi)的中等富水層主要分布在斷層的北部以及西部，太原組巖溶水是其主要的水源。

為了提高水文地質(zhì)勘測(cè)的準(zhǔn)確性需要在物探勘測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)重點(diǎn)勘測(cè)區(qū)域進(jìn)行鉆孔勘探。其鉆孔的位置主要可以設(shè)置在太原組灰?guī)r層帶以及斷層帶。

在斷層破碎帶的鉆孔需要打通破碎帶，并且需要控制破碎帶的厚度為50m。在得出鉆探數(shù)據(jù)之后需要與物探勘測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如果顯示比對(duì)結(jié)果相符則說(shuō)明此次綜合物探技術(shù)的應(yīng)用具有合理性以及可操作性。

3 總結(jié)

綜上所述，為了提高礦山水文地質(zhì)勘探結(jié)果的精準(zhǔn)度與勘探效率，需要合理的優(yōu)化物探方法。由于東溝礦井田的地勢(shì)起伏大，其地層中含水量較大，因此需要應(yīng)用地震勘探以及瞬變電磁技術(shù)綜合的勘探礦山中富水區(qū)的具體位置以及其他形態(tài)特征等數(shù)據(jù)參數(shù)，最后采用鉆探施工的方法來(lái)證實(shí)勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性，證明綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘探中的可操作性與適用性。