綜合物探在金屬礦采空區勘查中的應用及難點分析

萬佳明

（正業設計股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

在金屬礦開采過程中，隨著開采工作的不斷進行，開礦的范圍和深度不斷增加，大量的金屬礦石被開采出，相應的就會產生越來越多的采空區。面對金屬礦中的采空區，如不能及時的將其勘察出來并采取合理的措施予以處理，極有可能會對后續的開采工作以及當地的生態環境、居民生活產生巨大的影響，而采用何種有效的勘察方法一直以來也是地質學領域內的一個研究熱門。本文即在此背景下，提出了一種將高密度電阻率法、地震映像以及探地雷達探測有效結合的綜合物探方法，并且將其應用于一個實際的金屬礦的采空區勘察中，以下為詳細研究內容。

1 金屬礦采空區及綜合物探法概述

1.1 金屬礦采空區概述

采空區是指礦山因為天然的地質運動或是人為的挖掘運動而在地標下產生的空洞，金屬礦采空區即指在金屬礦山產生的采空區。

在礦山的日常生產中采空區的存在會導致極大的潛在安全問題存在，如果不能準確的勘察出采空區的位置，礦山生產的機械設備以及生產人員都可能會掉進采空區中，而出現財產以及人身安全的事故[1]。

因為金屬礦的采空區多位于地下，具有空間分布特征規律性差、潛伏性強等特點，因此在金屬礦采空區的預測上一直都面對著很大的難度。因此，采取何種的勘察方法，對金屬礦地下采空區的空間形態特征、分布范圍以及危害性進行精準的評價是現階段提高金屬礦開采安全性必須解決的關鍵性問題之一。

1.2 綜合物探法概述

綜合物探全稱為綜合地球物理勘探，是一種綜合性的物理勘察方法，具體是指為獲得最佳勘探效果為目的，針對于既定的勘探任務和對象，所采用的一種多種物理勘探方法的組合。

綜合物探的優勢在于可以有效彌補傳統單一物理勘探方法存在的一些缺陷，實現不同物理勘探方法之間的優劣互補，以達到勘探效果的優化。現階段應用于金屬礦采空區上的物理勘探方法眾多，諸如地震映像法、探地雷達法、高密度電阻率法等都是得到廣泛應用的勘探方法。但由于受采空區所處地質環境復雜、自身的物性變化等多方面的因素影響，各種單一的勘察方法在使用過程中使用效果不佳。在實際的金屬礦采空區的勘探中多采用多種物理勘探相結合的綜合物探方法以提高勘探效果。

2 金屬礦采空區探測綜合物探法應用難點

雖然綜合物探綜合多種物理勘探方法于其中，較之傳統的單一物探方法應用于金屬礦的采空區勘探具有顯著優勢，但是在實際的使用過程中還是存在著一些難點，具體主要有三點。

2.1 勘探分辨率要求偏高

絕大多數的金屬礦都是熱液礦床，礦床的形態也多是脈狀，礦床的賦存位置十分復雜，和所在區域的地質構造之間存在著機密的關系。在開采后的采空區空間形態則是多呈現為大角度的斜層，采空區并不是連續的存在，而是廣泛分布，數量多、規模小，產生的影響范圍很大。這便要求綜合物探應用其中時具備極高的分辨率，能夠對各個小規模的采空區一一的識別出來，這也是綜合物探應用于金屬礦采空區勘探中首要存在的難點。

2.2 綜合物探方案最優化較難

通過上文的論述可知綜合物探本身就是多種物理勘探方法的組合，因此在面對一個金屬礦采空區的勘探時，如何選擇最佳的物理勘探的組合也是綜合物探應用的難點所在[2]。

而對于不同的金屬礦而言，其本身在多個方面也存在著顯著的差異，采空區也會呈現出不同的特征。因此，即使是在其他金屬礦采空區勘探上取得極佳效果的綜合物探方案也不一定能夠在所有的金屬礦中套用，針對于每一個金屬礦的采空區勘探都要針對性的確定適用綜合物探法，這本身就具備一定的難度。

2.3 勘探數據后期處理難度較大

和傳統單一物理勘探方法所獲取的單一勘探成果數據不一樣，綜合物探因為本身在金屬礦采空區的勘察中采用了多種勘探方法，相應的也會獲取到多個不同的勘探數據。這些數據在基本性質、呈現方式等方面都會存在明顯的差異，而如何合理的對這些數據進行綜合性的處理，有效的融合，使其最為生動的將所勘探金屬礦采空區的特征呈現出來，也是一項具有較高難度的工作。

3 研究金屬礦區簡介及數據采集

3.1 研究金屬礦區簡介

本研究所選擇的金屬礦位于內蒙古大興安嶺，為一金礦。礦區內的賦礦巖石主要有黃鐵礦化蝕變巖、黃鐵礦化石英脈兩種，在長期的開采中，目前在該金屬礦內已經存在很多的采空區，從影響范圍上觀察，采空區的影響范圍很大，接近20萬平方米。

3.2 數據采集方法

在對研究區金屬礦采空區勘探綜合物探法的選擇上通過對研究區的分析，確定采用高密度電阻率法、探地雷達探測、地震映像法相結合的綜合物探法對礦床的采空區進行勘探，完成礦床采空區數據的采集。

4 數據處理與反演

在通過綜合物探法進行研究區金屬礦采空區數據后，擬通過對數據進行預處理的方式來提升測試數據二維繁衍階段的精準性，在預處理階段的主要工作為對勘探數據中存在的畸變點進行針對性的去除[3]。

在文章所采用的高密度電阻率法的使用過程中，本身是不會出現大規模的突變畸變點的，且所產生的等值線也會十分平緩，在低阻和高阻區都是以漸變的方式呈現。探地雷達和地震映像兩者在勘探中的異常區域則是會出現搓動和分叉的異常情況，但是在同相軸上則是呈現為平緩，異常區一直存在，并不會出現大幅的搓動和震蕩的情況。即意味著如果不對原始數據進行預處理，很難提升勘探的精準性。因此，在二維反演處理之前應當對所獲取勘探數據中的異奇點、飛點、弧值畸變點這類質量較差的點予以剔除，作為預處理工作。

在完成對原始勘探數據預處理的基礎上，即通過二維反演的方式對研究區金屬礦采空區的情況進行反演，并通過使用PA、Geosft的三維可視化軟將其生動的呈現出來。圖1為高密度電阻率法所獲得的高密度電阻率法視電阻率反演分布圖，將低阻和低速兩個指標作為主要的識別指標，研究所選的金屬礦中存在異常區域十六個，結合既有的地質資料，即通過采用高密度電阻率法、探地雷達探測、地震映像法相結合的綜合物探法判斷在研究區金屬礦區內一共存在十二個采空區。為驗證本文所提出綜合物探法的精準性，對所判斷的十二個采空區采用鉆孔的方式進行驗證，發現其中十個均為采空區，本文所提綜合物探法測準確率探達到83.3%。

圖1 高密度電阻率法視電阻率反演分布圖

5 結語

綜上所述，文章首先對金屬礦采空區及綜合物進行概述，然后通過案例分析的方式，以一個實際的金屬礦區為例就綜合物探在金屬礦采空區勘查中的應用及難點展開詳細的論述，得出以下幾點結論：綜合物探是指以獲得最佳勘探效果為目的，針對于既定的勘探任務和對象，多采用的一種多種物理勘探方法的組合。

金屬礦采空區探測綜合物探法應用難點集中于勘探分辨率要求偏高、綜合物探方案最優化較難、勘探數據后期處理難度較大三個方面。

本文所提出綜合物探法探在研究金屬礦礦區采空區的探測中取得了83.3%的測準確率探，明顯高于傳統單一物理勘探法的探測準確率，值得推廣使用。