礦山深部地質勘探中縱橫波聯合勘探實踐研究

趙偉男，鄭天嬌

（遼寧省東煤地質一0一隊有限責任公司，遼寧 調兵山 112700）

經濟市場的工業化發展推進了我國礦山工程的進步，隨著地質勘探作業技術的現代化發展趨勢，礦山地質勘探工作的實施逐步從淺層作業向深層作業過渡。與此同時，礦山地質專家與相關技術工作者也開始了礦山工程新的研究方向，但經過數年來的技術研究與地質勘探實踐，有關單位并未能在相關工作中取得顯著成績，也沒有在其早期研究成果的基礎上，勘探到新的礦產資源。出現此種問題的主要原因是大部分礦山工程工作者在進行地質勘探作業時，僅采用縱波勘探技術進行地質信息的獲取[1]。盡管此種信息獲取方式可在一定程度上實現對巖石與礦層深度信息的反映，但由于缺少橫波信息在此過程中的支撐，導致獲取信息最終會由于存在局限性而失去研究價值。為了解決礦山地質勘探工程中的問題，提高勘探地質數據的價值性，本文提出了一種針對礦山工程的縱橫波聯合勘探技術，在地質結構層中，流體物質不發生橫向波源的傳遞，為此，提出的技術基于理論層面是可行的。但相關此項技術的研究在礦山工程中仍處于一種理論研究階段，尚未有相關成果證明此項技術具有實踐應用效果[2]。因此，在本文的研究中，將以礦山環境深部地質勘探工程為例，開展基于縱橫波聯合勘探實踐的研究，以此為我國礦山工程的實施提出新的技術指示方向。

1 設計縱橫波聯合勘探技術參數

早期礦山地質勘探工程的最深勘探深度約為100.0m，屬于近地表層的地質勘探。本文此次研究以礦山深部地質結構作為切入點（>100.0m的地質層），因此，在勘探前，選擇縱橫波聯合勘探技術作為支撐，通過新技術的應用，獲取更加豐富的地質數據。對于勘探過程中產生的縱波，可以認為是一種疊加能量，是通過前端信息不斷反饋而形成的。對于勘探過程中產生的橫波，可以認為是一種SH波，屬于對價值信號的反復處理。使用縱橫波聯合勘探技術，可以實現在地質勘探作業中，對橫波與縱波的同步獲取。

為了滿足礦山地質工程對于獲取數據的需求，應在相關工作前，進行勘探技術參數的設計。在此過程中，考慮到縱波與橫波的區別在于波形的偏振特性存在差異，因此，需要在應用技術時，控制質點的振動方向，使其振動方向與橫波的傳播方向保持一致[3]。在確定橫波方向后，調整縱波的傳播方向與其保持垂直，只有滿足此種條件得到的波，才能滿足后期技術人員對地質結構與地層信息的深度分析需要。定義橫波與縱波在深部結構中的傳播速度為pV與sV，對縱橫波聯合勘探技術中速度參數的描述，可用如下計算公式表示。

公式（1）、（2）中：λ表示為拉梅系數，主要用于描述地質結構的彈性模量，通常情況下表示為常數；μ表示為礦山剪切模量；ρ表示為礦山深部地質層介質密度。根據早期地質勘查成果總結的經驗可知，縱橫波聯合勘探技術獲取的橫波大多為高頻波，整體衰減速度較為緩慢。因此，上述計算公式λ中的可以用v÷f計算得出，其中f表示為波的分辨率。綜合上述分析可知，在排除外界因素對地質勘探工作影響的前提下，聯合勘探技術獲取的橫波波長相對更短，其分辨率相對更高。為此，在進行縱橫波聯合勘探技術參數的設計時，可以此作為設計的切入點，通過野外實地采樣分析的方式，定位最佳勘探點[4]。并在此基礎上，控制技術的掃描頻段在10.0Hz～100.0Hz范圍內；縱波獲取的次數應大于或等于4.0次，將得到結果進行疊加、求均值處理；調整縱波的反射區域間距在4.0m范圍內，信號接收信道至少為300.0條；縱波的反射區域間距在2.0m范圍內，信號接收信道至少為48.0條。此外，在進行勘探前，應及時進行勘探設備精度的校正。

2 繪制礦山深部地質勘探頻譜曲線

在完成勘探技術參數的設定與校正后，實施礦山地質深部地質勘探作業。為了確保獲取的地質資料為高質量資料，需要在礦山工程作業時，進行最高信噪比的獲取。并通過測試參數的方式，選擇合理的信號疊加切入點，確保繪制的地質勘探頻譜曲線具有較高的分辨率與疊加效果。

在繪制礦山深部地質勘探頻譜曲線時，需要將前端反饋的橫波信號與縱波信號進行能量分析，提取其中的有效能量，并按照信號的常規處理方式，進行信號后端截取處理。處理過程為：信號頻譜值分析→頻率濾波處理→信號接收速度處理→疊加縱波信號→集成橫波信號→人工校正。以此種方式，得到一個初步用于描述礦山深部地質勘探結果的頻譜波形圖。如下圖1所示。

圖1 礦山深部地質勘探頻譜曲線

按照上述流程，完成對礦山深部地質勘探頻譜曲線的繪制后，通過圖1當中顯示的不同波段的分辨率對其能量占比進行可視化展示，從而為后續礦山深部地質層特征分析提供條件。

3 基于曲線圖像去噪分析礦山深部地質層特征

由于受到礦山周圍復雜地理條件的影響，得到的礦山深部地質勘探頻譜曲線圖當中存在大量干擾噪聲干擾，對于后續分析造成一定的誤差干擾。因此，為了確保最終勘探結果的準確性，采用疊加去噪的方式將噪聲去除。在上述得到的頻譜圖像進行歸一化處理，并對相干波加強，對非相干波減弱，以此不斷增加相似性好的波組，并減弱相似性差的波組[5]。通過構建矩陣的方式對圖像當中的數據進行初始賦值，并開始進行迭代。根據矩陣當中的自適應數值，生成垂直方向和豎直方向上的加權參數，最后通過不斷迭代處理得到連續性更強的反射界面，從而提高頻譜圖像的信噪比。同時，當迭代次數不滿足去噪要求時，需要重新返回到相應的操作步驟當中，并結合梯度投影對矩陣進行更新，直到完成所有迭代處理，才能得到最終的頻譜曲線圖像，其具體流程如圖2所示。

圖2 頻譜曲線圖像去噪流程

按照圖2所示的去噪流程完成對頻譜曲線圖像的處理，并根據圖像對礦山深部地質層的具體特征進行分析。在去噪后的頻譜曲線圖像當中可以明顯看到扭曲或錯斷等現象，根據其分布的方向，能夠確定該礦山深部構造當中的地質層特征，并對其斷層性質進行明確。同時，通過圖像可進一步對斷點兩側反射界面的落差進行測定。為了進一步查明在礦山深部斷點上斷點埋深以及錯斷地層的具體情況，可利用縱波反射方法，在地震時間剖面結構上，布設長度在200m～350m范圍內的橫波反射工作。通過地震數據的處理，獲取到地震時間剖面上的全部信息，并判斷各個方向上反射波組的發育程度，以及頻率，從而判斷反射波組同相軸連續性產生的具體位置，找出礦山深部地質結構當中存在的不協調現象，并推測產生不協調現象的誘發原因。同時，通過對橫縱波分析能夠對礦山深部基巖和覆蓋層的錯斷情況查明，并判斷斷層平面的具體位置。綜合上述分析，從經過去噪處理的頻譜曲線圖像當中能夠獲取到礦山深部地質斷層特征、平面位置以及空間展布等勘探信息，為后續礦山建設和找礦提供更加可靠的勘探結果。

4 結語

本文將礦山深部地質勘探作為研究對象，通過引入縱橫波聯合勘探技術，對礦山深部地質結構及具體變化特征進行分析。通過實踐研究得出，利用該方法，結合橫波反射與縱波反射各自的優勢，能夠更加有效地查明礦山深部斷層的平面位置，并且得到更加有效、可靠的勘探結果，并為后續城鎮規劃、重大礦山工程項目施工提供更加科學的勘探依據。