基于礦山地質(zhì)工程勘查的綜合物探方法應(yīng)用研究

（山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021）

我國(guó)大力興建礦山基礎(chǔ)設(shè)施，在許多大型礦山工程建設(shè)項(xiàng)目，需要通過(guò)有效的地質(zhì)勘查確定工程項(xiàng)目的，同時(shí)滿足實(shí)際工程情況。為形成整個(gè)礦山工程建設(shè)施工及竣工后交付使用有非常重要的基本保障，物探方法的重要性被高度關(guān)注[1]。針對(duì)礦山工程項(xiàng)目的客觀需要，進(jìn)行工程地質(zhì)勘探不但要確保勘查質(zhì)量，還要在實(shí)施效率和成本控制等多個(gè)方面加強(qiáng)研究，確保其綜合效益得到最大保證。基于目前的勘查技術(shù)條件，物探方法的選擇與礦山工程建設(shè)需要實(shí)現(xiàn)高度統(tǒng)一，進(jìn)而達(dá)到方法運(yùn)用的整體有效性。

1 礦山工程地質(zhì)勘查物探方法概述

物探方法是對(duì)某礦山地質(zhì)對(duì)象進(jìn)行探測(cè)的方式和技術(shù)內(nèi)容，這些物探方法對(duì)不同性質(zhì)場(chǎng)發(fā)生的變化作為其工作原理，通過(guò)對(duì)這些變化進(jìn)行較為準(zhǔn)確詳細(xì)的探查，包括電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)等，這些探測(cè)工作可以根據(jù)這些變化情況對(duì)地質(zhì)構(gòu)造等進(jìn)行分析和研判。物探方法對(duì)場(chǎng)源的利用主要通過(guò)兩種方式：一是人工方式，就是利用人為制造的有源場(chǎng)對(duì)目標(biāo)地域進(jìn)行勘查；二是天然方式，就是利用自然環(huán)境中的電磁場(chǎng)條件進(jìn)行勘查的方式。

對(duì)于礦山工程所在地而言，其地質(zhì)體在組成成分和地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的具體情況會(huì)造成各種場(chǎng)的顯著改變。在某個(gè)確定基準(zhǔn)面場(chǎng)變化進(jìn)行其構(gòu)造特點(diǎn)的探測(cè)，就能夠獲得對(duì)該區(qū)域地質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和判斷。采用某一種物探方法在進(jìn)行實(shí)際的地質(zhì)勘探時(shí)，往往其結(jié)論存在多解的情況，這就需要通過(guò)借助相關(guān)資料和方法對(duì)不同結(jié)論進(jìn)行進(jìn)一步的證實(shí)，也可以直接針對(duì)目標(biāo)地質(zhì)結(jié)構(gòu)鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，物探方法的可靠性與選擇性，是物探方法與礦山工程相互之間產(chǎn)生直接關(guān)聯(lián)。在實(shí)際的地質(zhì)勘查中，對(duì)工作量進(jìn)行分配時(shí)，需要做好相應(yīng)的礦山工程方案工作準(zhǔn)備，同時(shí)必須突出必要鉆探的有效性，進(jìn)而使得整個(gè)勘查物探應(yīng)用取得預(yù)期的效果。

2 物探方法在礦山工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用分析

礦山工程地質(zhì)勘查工作對(duì)于整個(gè)工程建設(shè)具有重要的影響，充分利用不同物探方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)勘查質(zhì)量和效率的全面兼顧，達(dá)到最優(yōu)化的勘探效果。通過(guò)對(duì)物探方法的應(yīng)用探究，能夠?qū)⑵渚唧w的效能發(fā)揮到最大程度，并為整個(gè)勘查質(zhì)量奠定較為堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1 物探方法在工程勘查中的應(yīng)用特點(diǎn)

在對(duì)某未知區(qū)域進(jìn)行勘探時(shí)，可以通過(guò)物探方法進(jìn)行勘查，采用這一方式主要因?yàn)槠渌邆涞膸讉€(gè)顯著的特點(diǎn)：一是物探方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜基巖面總體狀況的明確探查，并為之后的鉆孔量布置形成基本條件，這些鉆孔的分布合理性對(duì)于整個(gè)勘查任務(wù)的質(zhì)量有著極為重要的影響，因此物探方法的價(jià)值能夠充分實(shí)現(xiàn)。二是物探方法能夠針對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)所有地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的探測(cè)，對(duì)其復(fù)雜性有較高處理能力，三維巖溶狀況以及四維變化效果，都可以基于物探方法得到全面考慮。三是物探方法對(duì)地下設(shè)施的狀態(tài)進(jìn)行勘查，這主要是針對(duì)一些規(guī)模較小的人工設(shè)施情況，物探方法可以節(jié)約大量成本，并能夠保證一定的地質(zhì)勘查質(zhì)量。四是物探方法可廣泛用于水域地層的結(jié)構(gòu)變化，通過(guò)采用物探方法，能夠使工作量和勘查成本大幅降低。

基于這些基本的原因，物探方法能夠在礦山工程施工中得到非常廣泛的應(yīng)用，最主要的原因在于其投入成本和實(shí)施便捷性。隨著物探技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其在探測(cè)精度和適用范圍上也有了更大的發(fā)展，進(jìn)而能夠獲得包括礦山工程建設(shè)領(lǐng)域的高度重視，并成為工程建設(shè)成本控制的一個(gè)基本方面。

2.2 物探方法的實(shí)際應(yīng)用

在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，針對(duì)不同的礦山工程項(xiàng)目與設(shè)計(jì)目的，需要在應(yīng)用中對(duì)物探方法進(jìn)行必要調(diào)整，在不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下的應(yīng)用方法得到有效性保障。具體來(lái)說(shuō)，可以從兩個(gè)方面對(duì)物探方法進(jìn)行應(yīng)用分析。

（1）對(duì)基巖起伏區(qū)的物探方法運(yùn)用。針對(duì)我國(guó)礦山地區(qū)的花崗巖構(gòu)造，其基巖大多或發(fā)生不均勻的風(fēng)化問(wèn)題，因此使得基巖體表面發(fā)生劇烈起伏，這種情況下，采用單一鉆探的物探方法來(lái)勘查基巖體表面的具體形態(tài)，將耗費(fèi)巨大人力物力成本，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)地層的“無(wú)縫”連接勘查效果。針對(duì)這種情況，可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行高密度電阻率剖面勘查，通過(guò)對(duì)剖面進(jìn)行解析，獲得高阻體劇烈起伏狀態(tài)下的具體結(jié)構(gòu)。按照高阻體形態(tài)對(duì)鉆孔進(jìn)行布置，使得基層巖體控制孔可以證實(shí)其為高阻體，通過(guò)高密度電阻率剖面能夠非常有效地展現(xiàn)這些覆蓋層下的基巖起伏狀態(tài)。同時(shí)，也可以按照電法剖面方式對(duì)鉆孔進(jìn)行有所側(cè)重的合理化布置，進(jìn)而可以有效提升鉆探穩(wěn)定性，確保地質(zhì)勘查精度滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)和施工需要。

（2）地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)內(nèi)物探方法的運(yùn)用。地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)的勘查需要解決的問(wèn)題通常都是比較寬泛的，既包括地基基礎(chǔ)方面的，提供地基處理方案，也包括地質(zhì)深層滲透方面的，提供地質(zhì)分布區(qū)域。地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育的多樣性和復(fù)雜性，決定了直接采用鉆探方法，很難取得預(yù)期的好效果。而地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)于物探方法來(lái)說(shuō)往往既是理想的物性差異界面，又代表了明顯的地質(zhì)體空間結(jié)構(gòu)變化。二者是導(dǎo)致物理場(chǎng)變化的前提。因此采用物探方法先行探測(cè)勘察區(qū)域內(nèi)多種場(chǎng)的變化特征，找出其中的各種異常，對(duì)于指導(dǎo)鉆探工作有著積極的意義。各種勘查工程根據(jù)兩種物探方法確定的物探異常區(qū)域范圍，兩種方法分別是自然電場(chǎng)法測(cè)定的平面自然電位分布，對(duì)稱電阻率測(cè)深圈定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布區(qū)域。兩種方法在地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布的解釋結(jié)果上較吻合，即對(duì)稱四極電測(cè)深解釋的地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)域基本對(duì)應(yīng)自然電場(chǎng)的負(fù)異常區(qū)域，這說(shuō)明在地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)域伴隨地下水的垂向運(yùn)動(dòng)，在地表形成明顯的滲漏電場(chǎng)，而在地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的區(qū)域，地下水的活動(dòng)較弱，形成的地質(zhì)表面電場(chǎng)則不甚明顯。對(duì)于物探推論，后期的鉆探及工程樁施工證實(shí)了物探推論的準(zhǔn)確性。如果不采用物探做平面工作，僅憑鉆探很難準(zhǔn)確劃定地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)域，不僅無(wú)法合理選擇施工工藝，且也為工程施工埋下隱患。

（3）礦山工程地質(zhì)勘查中的物探方法運(yùn)用。現(xiàn)代礦山工程施工過(guò)程中，一些地質(zhì)礦帶沒(méi)有留下相關(guān)資料，如果不查清將對(duì)其后的新建礦山工程施工造成影響，甚至有時(shí)會(huì)對(duì)工程施工過(guò)程產(chǎn)生地基失穩(wěn)隱患，在這類區(qū)域進(jìn)行工程勘查，需要較高的勘查精度來(lái)探測(cè)這些地下不明地質(zhì)結(jié)構(gòu)。而如果僅采用鉆探很難實(shí)現(xiàn)勘探目的。某礦山工程采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的一條剖面，雷達(dá)圖像顯示在地下約4m深度深有兩個(gè)明顯的雙曲線異常，而在探測(cè)區(qū)域未發(fā)現(xiàn)任何地面標(biāo)志，物探解釋兩個(gè)異常。

3 物探方法實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

合理的物探方法選擇可以對(duì)整個(gè)礦山工程的設(shè)計(jì)和施工產(chǎn)生非常大的影響，實(shí)際勘查所獲得的數(shù)據(jù)也是進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和施工的最重要技術(shù)資料。而這實(shí)際的勘查中，對(duì)于物探方法的選擇需要注意以下一些問(wèn)題。

3.1 物探方法的選擇需要注重針對(duì)性

科學(xué)合理的物探方法能夠廣泛用于礦山工程項(xiàng)目的勘查工作，其重要價(jià)值顯而易見(jiàn)，但不能由此就認(rèn)為這些方法可以適用于任何勘查工作，礦山工程地質(zhì)情況的復(fù)雜性應(yīng)該得到充分的估量，并采用更加適合的物探方法，這樣才能保證整個(gè)勘查質(zhì)量和實(shí)施效率。在確定具體的物探方法時(shí)，需要考慮場(chǎng)地及物性條件，例如潮濕的地面對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)會(huì)產(chǎn)生明顯的干擾，應(yīng)采取適當(dāng)措施降低干擾或采用其他的物探方法;而在礦山采空區(qū)進(jìn)行勘探發(fā)現(xiàn)低阻異常既要考慮到可能是采空區(qū)反應(yīng)，也要考慮到是否為礦層的影響。某一物探方法獲得的解釋成果不能簡(jiǎn)單地否認(rèn)另一種方法所確定的異常的存在，即物探方法之間只是對(duì)異常的補(bǔ)充而不是對(duì)異常的否定。

3.2 注重分析驗(yàn)證的有效性

并不是所有的分析結(jié)論都能保證其整體的可靠性和一致性，通過(guò)物探方法獲得的各推論內(nèi)容，必須基于一些必要的方法進(jìn)行驗(yàn)證。這些驗(yàn)證手段，也是整個(gè)勘查物探方法的重要組成部分，其科學(xué)合理性需要得到勘查單位的高度關(guān)注。在具體分析過(guò)程中，需要驗(yàn)證多種物探方法綜合勘測(cè)確定的異常并不能保證推論100%正確，驗(yàn)證仍是最需要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在沒(méi)有驗(yàn)證的情況下，物探異常的推論僅僅是一種理論和經(jīng)驗(yàn)的推斷。在實(shí)際的數(shù)據(jù)驗(yàn)證中，應(yīng)該通過(guò)多種方式進(jìn)行，這些數(shù)據(jù)的處理以及其他輔助性信息的獲得，都需要在驗(yàn)證方法的選擇上有所調(diào)整。在具體實(shí)施中，需要根據(jù)工作量和檢驗(yàn)質(zhì)量?jī)蓚€(gè)層面進(jìn)行全面兼顧，得到更具性價(jià)比的驗(yàn)證方法。這需要同時(shí)考慮對(duì)實(shí)施質(zhì)量等方面因素的有效控制，并最終形成地質(zhì)勘查結(jié)果分析驗(yàn)證有效性的綜合體現(xiàn)。

3.3 物探方法的成本控制

礦山工程施工質(zhì)量需要物探方法提供較為準(zhǔn)確的地質(zhì)構(gòu)造信息，并為整個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工奠定技術(shù)基礎(chǔ)。從工程需要的角度來(lái)看，并不是越詳細(xì)準(zhǔn)確就越好，只要能夠滿足設(shè)計(jì)和施工需要，就可以選擇這種物探方法完成相關(guān)勘查工作，如果為提高準(zhǔn)確性和信息量，需要投入過(guò)大成本，就是不適合的選擇。選用物探方法也要考慮經(jīng)濟(jì)性通常在地質(zhì)情況簡(jiǎn)單的情況下，如果由一種或一種以上的物探方法能獲得較一致的異常反應(yīng)，是沒(méi)有必要投入更多的物探手段來(lái)重復(fù)獲得同樣的異常認(rèn)識(shí)的，物探方法同樣也需要成本。在實(shí)際工程中投入物探方法應(yīng)提倡夠用就行。成本控制是在確保物探質(zhì)量滿足實(shí)際工程設(shè)計(jì)和施工需要的基礎(chǔ)上，對(duì)成本實(shí)現(xiàn)更大程度的控制，這也是提升礦山企業(yè)效益的一個(gè)必要條件。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)礦山工程地質(zhì)進(jìn)行勘查是開(kāi)始建設(shè)設(shè)計(jì)和施工的前提條件，這些地質(zhì)條件和信息內(nèi)容是確保礦山工程發(fā)揮其重要施工功功能，因此其勘查質(zhì)量顯得尤其重要。在具體的勘查過(guò)程中，需要根據(jù)勘查對(duì)象和工程建設(shè)情況對(duì)物探方法進(jìn)行綜合選擇，以形成更加穩(wěn)定有效的勘查效果。同時(shí)，在實(shí)際的地質(zhì)勘查過(guò)程中，還需要考慮實(shí)施效率和成本控制方面的因素。需要將對(duì)礦山工程項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)方面形成影響的因素進(jìn)行綜合分析，最終做出對(duì)勘查單位最有利的技術(shù)選擇。