在礦山水文地質(zhì)勘查中綜合物探技術(shù)的應(yīng)用探析

彭同強(qiáng)，綦祖興，孫 林

（1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014）

礦山水文地質(zhì)勘查是礦山開發(fā)及開采中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是一項(xiàng)非常重要的工作。由于礦山水文地質(zhì)的復(fù)雜性，在勘查過程中常存在著透水等安全事故，從而增加勘查工作危險(xiǎn)性。隨著地質(zhì)勘查事業(yè)快速發(fā)展，勘查技術(shù)也得到了極大發(fā)展，為勘查工作提供了更有力技術(shù)和安全保障。而綜合物探技術(shù)作為一項(xiàng)現(xiàn)代化勘查技術(shù)，其在礦山水文地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用不僅有效降低了地質(zhì)勘查的難度，而且大大提高了勘查工作安全性及勘查精確度，在推進(jìn)礦山水文地質(zhì)勘查事業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了重大作用[1]。

1 綜合物探技術(shù)概述

綜合物探技術(shù)是基于物理學(xué)中的力、聲、光、熱、電、磁等理倫，是集地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)等多學(xué)科為一體的邊緣學(xué)科，其在礦山水文地質(zhì)勘查工作中應(yīng)用具有快速、全面、準(zhǔn)確、勘查精度高等特點(diǎn)，是目前礦水水文地質(zhì)勘查工作中的重要應(yīng)用技術(shù)，進(jìn)一步推進(jìn)綜合物探技術(shù)發(fā)展及提高其在礦山水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用更是具有深遠(yuǎn)意義。綜合物探技術(shù)在水文地質(zhì)探測(cè)、地質(zhì)探測(cè)及考古行業(yè)探測(cè)中都有重要應(yīng)用，而且隨著綜合物探技術(shù)不斷完善和發(fā)展，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，有力推動(dòng)了各項(xiàng)地質(zhì)探測(cè)工作的發(fā)展。

綜合物探技術(shù)在礦山地質(zhì)勘查中有著突出應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。通過運(yùn)用綜合物探技術(shù)及其核心功能利用，不僅你能夠?qū)\層地質(zhì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行基本偵測(cè)，而且還能夠有效完成不同深度地形及其穩(wěn)定參數(shù)的勘測(cè)，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更大范圍及更大深度偵測(cè)和探索工作。其次，綜合物探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠很好適應(yīng)不同礦山地勢(shì)，受到地勢(shì)因素影響非常小。另外，綜合物探技術(shù)還具有操作簡(jiǎn)便、周期較短及設(shè)備使用成本相對(duì)較低等特點(diǎn)，在礦山水文地質(zhì)勘查工作中應(yīng)用該技術(shù)能夠更好應(yīng)對(duì)不同精度參數(shù)勘測(cè)要求，快速開展不同地勢(shì)勘測(cè)，提高礦山水文地質(zhì)勘查效益。

2 綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

2.1 地震勘探技術(shù)

地震勘探技術(shù)是目的地質(zhì)勘查工作中應(yīng)用非常廣泛的一項(xiàng)綜合物探技術(shù)，其在實(shí)際應(yīng)用中主要由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，即野外資料收集、資料處理及資料解釋。其中，在野外資料采集中，工作人員會(huì)利用人工激發(fā)地震波的方式形成地震波，然后根據(jù)地震波在向下傳播過程中遇到不同介質(zhì)底層出現(xiàn)的不同反射和折射情況來對(duì)礦山水文地質(zhì)概況進(jìn)行分析。而在地震勘探技術(shù)資料解釋中，主要是根據(jù)資料對(duì)礦區(qū)主要采煤層的各頂層主要組成進(jìn)行更深入分析，并根據(jù)地震勘探結(jié)果以地震勘查技術(shù)對(duì)波進(jìn)行追蹤機(jī)對(duì)比，進(jìn)而從反射波強(qiáng)度、連續(xù)性及相位等詳細(xì)進(jìn)行地質(zhì)特征分析。地震勘探技術(shù)在實(shí)際礦山水文地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用，首先要考慮礦區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件，通過現(xiàn)場(chǎng)全面勘察準(zhǔn)確掌握各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以合理設(shè)置地震勘查線，根據(jù)有關(guān)技術(shù)要求開展礦山地質(zhì)勘探工作。其次，要正確選用檢波器。一般情況下多選用4規(guī)格相同檢波器，并采用兩串兩并應(yīng)用方式。另外，要保證數(shù)據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)接收道間距為5m，炮間距為10m，總數(shù)量為96道。此外，地震勘探技術(shù)中采用的是中間不對(duì)稱激發(fā)方式，且通常結(jié)合不同勘測(cè)區(qū)域選擇不同激發(fā)方式，而常用的則主要是井炮震源激發(fā)和可控震源激發(fā)兩種方式[2]。

2.2 瞬變電磁技術(shù)

瞬變電磁法也是綜合物探技術(shù)的一種重要形式，在原理本質(zhì)上可以理解為時(shí)間域電磁法。瞬變電磁技術(shù)的原理主要是把不接地回線或接地導(dǎo)線當(dāng)成場(chǎng)源，并想起內(nèi)部通入脈沖電流，從而使勘測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生二次電流，然后通過改變勘測(cè)時(shí)間對(duì)二次場(chǎng)隨時(shí)間變化產(chǎn)生的不同結(jié)果進(jìn)行觀察和分析，進(jìn)而得出被勘測(cè)地質(zhì)的情況。相對(duì)于其他勘測(cè)技術(shù)而言，瞬變電磁技術(shù)具有分層能力強(qiáng)、穿透性佳等特點(diǎn)，而且能夠同時(shí)測(cè)量和測(cè)探剖面，因此能夠在更大程度上提高礦山水文地質(zhì)勘探精準(zhǔn)度及工作效率。瞬變電磁技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘查中的有效應(yīng)用，主要是一般情況下礦井田地質(zhì)構(gòu)造的電阻率與周圍其他介質(zhì)電阻率是有一定差異的，一般含水?dāng)鄬与娮杪瘦^低，而寒武系巖層電阻率通常高于其他巖層。瞬變電磁技術(shù)在具體施工應(yīng)用中，要先在礦景區(qū)內(nèi)設(shè)置規(guī)定數(shù)量的主測(cè)線、地震勘測(cè)線及加密線，部分線可以與地震勘測(cè)線重合。其次，在真正勘測(cè)前要對(duì)所用到的設(shè)備及儀器進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，以確保和提高勘測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度。此外，要利用規(guī)定大定源回線勘測(cè)裝置發(fā)射線框過程中，要對(duì)發(fā)射電流、頻率及接收線圈直徑等進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保地質(zhì)勘測(cè)精準(zhǔn)度[3]。

2.3 探地雷法技術(shù)

探地雷達(dá)是目前探測(cè)地下目標(biāo)的有效手段，是一種無損探測(cè)技術(shù)。相對(duì)于其他長(zhǎng)隊(duì)地下探測(cè)技術(shù)來說，探地雷達(dá)技術(shù)具有探測(cè)速度快、探測(cè)過程連續(xù)、分辨率高、操作方便靈活其費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是目前工程勘察領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛的一種探地技術(shù)。探地雷法技術(shù)自動(dòng)化程度高，能夠更為有效分析不同地質(zhì)參數(shù)要求，提高核心操作的核心效率，并滿足不同勘探環(huán)境要求。基于探地雷達(dá)技術(shù)這些優(yōu)點(diǎn)，其在礦山水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用能夠更好開展斷層、采空區(qū)等地質(zhì)情況分析，從而提高礦井開采安全性。

2.4 礦井直流電技術(shù)

在地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū)應(yīng)用礦井直流電法開展地質(zhì)勘探，能夠有效保證勘測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性。隨著礦產(chǎn)開采規(guī)模不斷擴(kuò)大及深入，礦產(chǎn)開發(fā)地區(qū)地質(zhì)條件變得越來越復(fù)雜，運(yùn)用傳統(tǒng)物探技術(shù)已難以高效、準(zhǔn)確地開展地質(zhì)勘測(cè)工作。而礦井直流技術(shù)作為全空間電法勘探的一種重要技術(shù)，其主要通過對(duì)礦產(chǎn)巖石電性物力特性進(jìn)行研究，進(jìn)而對(duì)不同巖石電性差異進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上再運(yùn)用電場(chǎng)相關(guān)理倫來研究分析礦井水文地質(zhì)狀況，高效、高質(zhì)量完成復(fù)雜地區(qū)礦井水文地質(zhì)勘測(cè)工作。

2.5 電流透視法

在進(jìn)行礦山水文地質(zhì)勘查過程中運(yùn)用電流透視法能夠全面探測(cè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且能夠購(gòu)銷探測(cè)到部分巖石內(nèi)部的地質(zhì)構(gòu)造以及含水情況。如此一來就能夠有效彌補(bǔ)使用電流法探測(cè)時(shí)沒能全面測(cè)量到部分巖石內(nèi)部情況的問題。在運(yùn)用電流透視法實(shí)施勘查過程中還是需要重點(diǎn)對(duì)電流的變化進(jìn)行研究，從而結(jié)合實(shí)際電場(chǎng)變化來定量分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際勘查過程中運(yùn)用此方法時(shí)還需要尤為關(guān)注外次磁場(chǎng)，防止其對(duì)測(cè)量電場(chǎng)產(chǎn)生影響。如若受到外來磁場(chǎng)的影響會(huì)導(dǎo)致天然磁場(chǎng)出現(xiàn)波動(dòng)，從而有感應(yīng)電流的產(chǎn)生，這樣一來便會(huì)致使電磁場(chǎng)發(fā)生改變，降低實(shí)際形成電場(chǎng)分布圖像的清晰程度，從而影響到后續(xù)圖像以及數(shù)據(jù)資料的分析[4]。

2.6 瑞利波法

運(yùn)用刺種方法能夠全面探測(cè)實(shí)際所需勘查的地質(zhì)情況。詳細(xì)來說其工作機(jī)理在于根據(jù)瑞利波的衰減來有效探測(cè)巖石的斷層情況。再具體探測(cè)環(huán)節(jié)，憑借在巖石中瑞利波的船舶速度以及衰減情況來將斷層實(shí)際位置明確下來。如若具體然測(cè)試瑞利波的傳播速度降低或是頻率大幅減小，就表明有斷層地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在于此地層中。并且能夠按照頻率衰減情況來將斷層的程度以及其范圍判斷出來。

2.7 無線電波法

無線電波法的工作原理在于將高頻率電磁波發(fā)射到地下，按照電磁波的實(shí)際衰減情況來實(shí)時(shí)分析，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)的效果。當(dāng)高頻率電磁波透過巖石層的情況下，，有部分會(huì)被巖石磁場(chǎng)吸收掉，從而出現(xiàn)了電磁波衰減的情況。并且相較于斷層來說一般的巖層電阻績(jī)效，只有碰到斷層的情況電磁波才會(huì)產(chǎn)生大幅減小的情況。所以在進(jìn)行礦山水文地質(zhì)勘查工作時(shí)能夠結(jié)合電磁波的衰減情況來將巖石的斷層情況判斷出來。如若要求掌握實(shí)際斷層所處位置，還要求工作人員能夠利用計(jì)算機(jī)來對(duì)電磁波的衰減曲線實(shí)施處理與計(jì)算方可得出。不過該種方法實(shí)際計(jì)算所得位置僅能夠?qū)鄬游恢玫姆秶笾麓_定下來，結(jié)果精準(zhǔn)程度不高[5-7]。

2.8 井下三維電法

該項(xiàng)方法具體是基于電源電場(chǎng)理論上發(fā)展所得的一項(xiàng)探測(cè)方式，利用其能夠準(zhǔn)確的探測(cè)到煤層周邊的低阻富水區(qū)。在具體作業(yè)環(huán)節(jié)，工作人員顯示采取高密度電法儀的探測(cè)方式來對(duì)工作面井道的一圈大小實(shí)施測(cè)量，進(jìn)而結(jié)合具體測(cè)量所得結(jié)果來實(shí)時(shí)計(jì)算，獲得工作面底板視電阻值，同時(shí)已能夠科學(xué)解釋三維成像。如，某一礦井開采單位在實(shí)際勘查過程中，曾經(jīng)探測(cè)帶工作壁板一下100m，便能夠利用高度密度法來實(shí)現(xiàn)提前預(yù)測(cè)，通過和地層情況相一致的視電阻率分布的三維數(shù)據(jù)，獲知地質(zhì)規(guī)律和實(shí)際探測(cè)結(jié)果存在差距，探測(cè)分辨率有待提高。因此在后期作業(yè)時(shí)要求能夠重新構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，同時(shí)能夠按照實(shí)際所處地區(qū)的情況來采用相應(yīng)的綜合方法，以確保礦井的安全。

3 綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘查應(yīng)用中要注意的問題

3.1 準(zhǔn)確掌握綜合物探技術(shù)應(yīng)用原則

綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘查中有突出應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但其在實(shí)際中的應(yīng)用也有一定的原則。首先，綜合物探技術(shù)應(yīng)用應(yīng)遵循從簡(jiǎn)至難原則，具體而言就是在勘探信息獲取中應(yīng)從點(diǎn)到線、從線到面，進(jìn)而獲取更多礦山水文地質(zhì)信息。對(duì)于勘測(cè)獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息要如實(shí)、完整記錄和保存，并根據(jù)實(shí)際勘探需要合理選擇技術(shù)參數(shù)，建立地球物力模型。其次，礦山水文地質(zhì)勘測(cè)前要全面了解勘察地區(qū)巖層與地質(zhì)特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際及已知信息條件下選擇合適勘探技術(shù)，有效收集和處理參數(shù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)地質(zhì)特征進(jìn)行科學(xué)推測(cè)，確保勘測(cè)信息準(zhǔn)確性。

3.2 物探措施的選擇及方法的組合應(yīng)用

在運(yùn)用綜合物探技術(shù)開展礦山水文地質(zhì)勘查工程中，物探措施的選擇非常關(guān)鍵。為確保礦山水文地質(zhì)勘查工作有效開展，應(yīng)根據(jù)實(shí)際礦山地質(zhì)條件選擇合適的勘探技術(shù)，并通過多種勘測(cè)技術(shù)及方法的結(jié)合應(yīng)用來提升地質(zhì)勘探的準(zhǔn)確性及可靠性。由于礦山水文地質(zhì)通常非常復(fù)雜，在實(shí)際勘查中很多時(shí)候需要組合應(yīng)用多種綜合物探技術(shù)來完成勘查工作，因此綜合物探技術(shù)組合應(yīng)用也是勘查中需要重視的一個(gè)方面。從目前來看，在傳統(tǒng)勘探技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，將地震法與可控因原大地電磁法的結(jié)合應(yīng)用能夠更好發(fā)揮勘探優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)缺陷互補(bǔ)，從而提升勘測(cè)精確度。總而言之，綜合物探技術(shù)的組合應(yīng)用需要根據(jù)礦山水文地質(zhì)實(shí)際條件及勘測(cè)要求，這樣才能更好完成地質(zhì)勘查工作，滿足不同礦山水文地質(zhì)勘測(cè)需要，促進(jìn)礦山地質(zhì)勘查事業(yè)更好發(fā)展。

4 結(jié)論

總而言之，在礦山水文地質(zhì)勘查工作中綜合物探發(fā)揮了極為重要的地位，同時(shí)具有較大的發(fā)展?jié)摿Α＿@就要求相關(guān)工作人員能夠在實(shí)際勘查過程中能夠結(jié)合實(shí)際情況來采取相應(yīng)的綜合物探技術(shù)，以切實(shí)提高勘查工作效率與質(zhì)量，為礦井的安全生產(chǎn)提供有效的信息保障。