物探方法（CSAMT法、微動法）及物探設(shè)備在螢石礦采空區(qū)探測中的效果研究

余本旺

（江西省地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊，江西 南昌 330095）

江西省上饒市蓮花鄉(xiāng)螢石礦位于上饒市潘村，礦區(qū)含潘村礦體。礦區(qū)于1958～1993年進(jìn)行小規(guī)模開采。20世紀(jì)90年代，開展了礦區(qū)的詳查工作，投入鉆探1817.64m，坑道探154m,探槽670m3，化學(xué)分析樣162個，查明了一處中型螢石礦床。礦山分別開拓了+450m、+430m、+400m、+370m、+340m、+310m、+280m、+256m等中段，目前，+280m中段以上基本被采空。江西蓮花山礦山實業(yè)有限公司為查明鄱陽縣蓮花山螢石礦二采區(qū)采空情況，在蓮花山螢石礦二采區(qū)（下文稱勘查區(qū)）進(jìn)行物探勘查工作。物探工作的目的是查明采空區(qū)分布情況、分布特征、埋藏深度及采空區(qū)含水情況。

1 項目概況

1.1 地形地貌

勘查區(qū)地處皖贛邊境構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌區(qū)。高度140～430m，相對高差290m，總體呈—北東向延伸的長條形山間洼地起伏分布。地形切割強(qiáng)烈，坡勢較陡，植被茂盛。

1.2 交通概況

蓮花山螢石礦區(qū)距鄱陽縣54km，礦區(qū)有鄉(xiāng)道、省道與外界相連，交通較為方便。

1.3 地層

勘查區(qū)附近地層有第四系全新統(tǒng)、中元古界雙橋山群上亞群。各地層由老至新分述如下：（1）中元古界變質(zhì)巖，巖性主要有變凝灰質(zhì)粉砂巖、砂巖、板巖等。（2）第四系（Q4），主要分布在勘查區(qū)的山間溝谷內(nèi)，巖性為黏質(zhì)粉土、粉砂質(zhì)黏土、砂礫石。結(jié)構(gòu)松散，厚度一般1～15m。

1.4 巖漿巖

主要沿北東斷裂上盤侵入，呈脈狀產(chǎn)出。規(guī)模較小，與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致。其巖性主要為花崗閃長巖，中粒花崗巖結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分，石英、斜長石、鉀長石、黑云母、角閃石、黝簾石、綠簾石及絹云母少量。

1.5 區(qū)域構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)斷裂及褶皺構(gòu)造發(fā)育，褶皺構(gòu)造主要是北東向背斜、同斜緊密及倒轉(zhuǎn)線型褶皺。斷裂構(gòu)造主要以北東向為主，總體走向北東，傾向南東，傾角75°，為主要控礦構(gòu)造。

1.6 巖層（體）的富水性

區(qū)內(nèi)主要有3大類含水巖層，即中元古界雙橋山群上亞群淺變質(zhì)巖系、燕山期花崗巖風(fēng)化帶及第四紀(jì)松散層。

（1）第四系松散層水。分布于低山丘陵山麓及溝谷之間，主要為殘坡積層水和沖洪積層水。

（2）花崗巖風(fēng)化帶水。巖性為中粗粒似斑狀黑云母花崗巖，風(fēng)化層深度10～20m，因受構(gòu)造影響較強(qiáng)地段發(fā)育深度可達(dá)百余米，在坑道中常見礦體兩側(cè)花崗巖的風(fēng)化蝕變，并呈現(xiàn)出賦水及漏水現(xiàn)象。

（3）雙橋山群上亞群淺變質(zhì)巖風(fēng)化帶水。巖性主要為綠泥絹云板巖、板巖，該類巖石堅硬致密，本身不含水或弱含水。

（4）構(gòu)造裂隙水。礦區(qū)各類巖石受構(gòu)造破壞后，構(gòu)成裂隙地段，富含裂隙水。上部地下水沿未充填、半充填構(gòu)造裂隙或接觸帶進(jìn)入坑道，該含水帶是深部礦坑充水的主要來源。與地下水活動有著密切的關(guān)系，沿斷層面礦坑均有不同程度的滴水、淋水現(xiàn)象。

2 物探工作方法

2.1 物探方法選擇

根據(jù)物探工作目的及探測目標(biāo)體的大致埋深和規(guī)模，物探工作主要采用可控源音頻大地電磁測深法和天然面波法（微動）。

2.2 巖石地球物理特征

（1）電性特征。勘查區(qū)巖土層電性特征如下分述：①第四系(Q)：礫石、亞黏土、亞砂土視電阻率區(qū)間值為50～200Ω·m。②中元古界雙橋山群上亞群：巖性主要有、板巖、砂質(zhì)板巖、變凝灰質(zhì)粉砂巖，砂巖等。其電阻率區(qū)間值為100～2000Ω·m。③巖漿巖：中粗粒似斑狀黑云母花崗巖，視電阻率區(qū)間值為600～100000Ω·m。

（2）波速特征。物探工作應(yīng)以地球物理特征的差異性為基礎(chǔ)，物探野外工作應(yīng)實際考慮野外地形地貌條件。通過表1可以看出，勘查區(qū)內(nèi)為構(gòu)造角礫巖及充填型石英脈(或蛋白石)發(fā)育，巷道采空區(qū)，如果采空區(qū)或松散區(qū)則表現(xiàn)出低波速以及低阻特征，如果地層完整沒遭到破壞，則表現(xiàn)出高阻、高波速的特征，巷道采空區(qū)與周邊圍巖分界面處都表現(xiàn)為高波阻抗。

表1 場地土的分類和橫波波速范圍

2.3 物探設(shè)備

（1）可控源音頻大地電磁測深法。物探工程設(shè)備使用美國ZONGE公司生產(chǎn)的GDP-32II電法工作站進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。圖1為GDP-32II多功能電法工作站接收機(jī)，圖2為GDP-32II多功能電法GGT-30型30kW大功率發(fā)射機(jī)。

圖1 GDP-32II多功能電法工作站接收機(jī)

圖2 GDP-32II多功能電法GGT-30型30kw大功率發(fā)射機(jī)

（2）微動法。微動儀器設(shè)備采用合肥國為電子有限公司的GN201微動探測系統(tǒng)。圖3為針對高精度三分量拾震器研制的專用微動數(shù)據(jù)采集器，圖4為微動探測中基本外接設(shè)備。

圖3 GN201微動探測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集器外觀

圖4 微動探測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中基本外接設(shè)備示意圖

GN201可選用無線傳輸技術(shù)及相應(yīng)配件實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，工作人員可自由配置采樣參數(shù)，實時判斷采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量，便于及時調(diào)整工作方式，同時可并行回收多個數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)，故只需簡便的操作即可高效完成數(shù)據(jù)采集工作。

3 物探探測成果的地質(zhì)解析

3.1 CSAMT法

（1）CSAMT法3線物探剖面解釋。3線剖面卡尼亞電阻率值區(qū)間為12～158500Ω·m。在剖面里程號5～90m有一條斷層破碎帶經(jīng)過，命名為F2。F2傾向大號點（南東向），傾角約為75°，向下延伸至剖面標(biāo)高150m處。對應(yīng)在斷裂破碎帶位置近地表附近均有明顯的圓形、橢圓形閉合狀低電阻異常，符合斷層上部礦采形成含水采空區(qū)異常特征（見圖5）。

圖5 CSAMT3線綜合剖面圖

（2）CSAMT法4線物探剖面解釋。4線剖面卡尼亞電阻率值區(qū)間為25～30000Ω·m，在剖面里程號75～95米有一條斷層破碎帶經(jīng)過，命名為F2。F2傾向大號點（南東向），傾角約為75°，向下延伸至剖面標(biāo)高150m處。對應(yīng)在斷裂破碎帶位置近地表附近均有明顯的圓形、橢圓形閉合狀低電阻異常，符合斷層上部礦采形成含水采空區(qū)異常特征（見圖6）。

圖6 CSAMT4線綜合剖面圖

3.2 微動法

（1）微動3線物探解釋。由3線微動Vs反演剖面圖可知（圖7），整個斷面的層位清晰明顯，波速整體來看從上到下漸變增大，反映出了剖面線上波速由地表覆蓋層、礫石——淺部風(fēng)化板巖、花崗巖——下部完整板巖、花崗巖及變質(zhì)巖逐步抬高的變化特點。從3線剖面上看波速異常由地表80～90號點淺部存在一低速凹槽帶，寬度7m左右，標(biāo)高范圍在+330～+450m，異常波速在300～1100m/s左右，推測為原有采空區(qū)（巷道）及附近豎井引起；地表90～100號點淺部存在一低速帶，寬度10m左右，標(biāo)高范圍在+400～+440m左右，異常波速在500～1100m/s左右，推測為原有采空區(qū)（巷道）引起。

圖7 微動3線綜合剖面圖

（2）微動4線物探剖面解釋。由4線微動Vs反演剖面圖可知（圖8），整個斷面的層位清晰明顯，波速整體來看，從上到下漸變增大，反映了剖面線上波速由地表覆蓋層、礫石——淺部風(fēng)化板巖、花崗巖——下部完整板巖、花崗巖及變質(zhì)巖逐步抬高的變化特點。從4線剖面上看波速異常由地表80號點至88號點淺部存在一低速凹槽帶，寬度6m左右，標(biāo)高范圍在+320～+440m，異常波速在900～1600m/s，推測為原有采空區(qū)（巷道）及附近豎井引起；地表90號點至100號點淺部存在一低速帶，寬度10m左右，標(biāo)高范圍在+330～+370m，異常波速在1100～1600m/s，推測為原有采空區(qū)（巷道）引起。

圖8 微動4線綜合剖面圖

綜合分析，可控源音頻大地電磁測深法和天然面波法（微動）成果，勘查區(qū)CSAMT3線75～90點、CSAMT4線75-95點點斷層F2發(fā)育，F(xiàn)2走向北東，傾向南東，傾角70°～75°。螢石礦采空區(qū)主要在物探線3線～4線范圍內(nèi)，采空區(qū)有大致呈北東走向，由北西向南東采空界面有逐漸加深趨勢。采空區(qū)主要集中于3線80～100號點、4線80～100號點。

4 結(jié)語

在螢石礦采空區(qū)勘查過程中，物探可控源音頻大地電磁法對礦區(qū)的成礦斷層及采空區(qū)中的松散填充區(qū)和采空區(qū)含水部位探測效果明顯。天然面波法（微動）對采空區(qū)的平面范圍和埋藏深度的探測效果明顯。2種物探方法的綜合探測可明顯劃分采空區(qū)分布情況、分布特征、埋藏深度，確定采空區(qū)的含水情況。