試論采空區綜合地球物理勘察方法

張哲

(遼寧省冶金地質勘查局物探測繪大隊,遼寧鞍山 114001)

試論采空區綜合地球物理勘察方法

張哲

(遼寧省冶金地質勘查局物探測繪大隊,遼寧鞍山 114001)

本文結合多年鐵礦采空區物探工作中的體會，對各種物探方法的應用效果加以對比、總結后，提出今后采空區物探工作的建議。首先對地質及地球物理特征進行介紹，對工作參數進行選擇，對采空區的物探異常特征進行分析，對采空異常分類進行研究,并探討奧陶系灰巖標志層的重要性。

采空區 綜合地球物理勘察 鐵礦 物探

1 引言

目前，在地面探測鐵礦采空區較為有效的物探方法主要有瞬變電磁法、直流電法( 高密度電法、電測深等)、氡氣測量法、地震反射法等。但采用其中一種方法往往難以取得明確、可靠的效果，一般利用綜合物探方法才能解決問題。即使是同一種方法，也可選用不同參數展現或突出采空異常特征。筆者結合多年鐵礦采空區物探工作中的體會，對各種物探方法的應用效果加以對比，總結出各方法獲得的采空異常特征及最優探測方法組合，對今后采空區物探工作提出了建議。

2 地質及地球物理特征

工作區位于某市東北部，屬于大地構造單元是典型的華北地臺燕山臺褶帶（2級）馬蘭峪復式背斜（2級）遵化穹褶束倒轉背斜（3級)的中東部，是由于局部臺升造成隆起區得以出現。區內出露一套太古宙遷西群跑馬場組深變質片麻巖建造。地層中賦存在著10多層磁鐵石英巖，它們的薄厚不一樣、規模也不一樣，有的為透鏡狀、有的為串珠狀。工作區內出露的巖體為二長花崗巖，面積大約是4k㎡，主要是工作區北部。

工作區內不同地層及礦體間磁性差異比較顯著，第四系地層屬弱磁性，片麻巖地層屬中等磁性（J= 1～102SI)，花崗巖體屬中等磁性（J=10～103SI)，鐵礦屬強磁性（J=102～106SI）。以上的磁性特性對應于航磁異常存在以下的規律：

（1）鐵礦異常，剖面曲線尖銳，梯度陡，有負值相伴，異常呈狹長狀，和含礦地層具有相似的走向；對應于地磁異常的特征為是鐵礦與其圍巖產狀一致，通常有一定走向，礦體與圍巖有比較明顯的磁性差異，因此鐵礦異常和礦體的形態有關聯，通常為狹長狀，許多異常屬于北東走向，規律性強，異常北西端有負值相伴；

（2）磁鐵礦和磁性巖層共同導致較大的異常面積，沒有明顯走向，異常梯度平緩，只在局部存在尖峰的現象，沒有緊密的正負值關系；

（3）磁性巖體異常范圍大，梯度緩，存在區域性，它的走向和片麻巖不一致，往往因為磁性礦物沒有勻稱的分布、也沒有規則的外型，引起的磁異常規律性差，產生各種等值線形狀，異常較寬緩，強度較弱，異常北端無負值相伴。

通過以上的磁性與其異常特性來看，進行開采之前，鐵礦帶來的磁異常具有以下的特性：有較強的規律、高的幅值、以條帶進行分布，完成了開采之后，磁鐵礦的不復存在，導致了磁異常不再出現。主要說明的為：這個區域許多鐵礦都是北北東走向，西傾呈脈狀展布，存在非常強的規律性，基于此現象，重點研究磁異常特點，再根據地質調查的狀況，進行采空區分布的判斷較為實際。在工區中，各種地層還有礦體之間激發出來的極化特性存在區別，磁鐵礦歸屬于高激發極化特性，但是花崗巖體、第四系地層以及片麻巖地層都屬于低激發極化特性。

3 采空區綜合物理勘察方法

3.1 地球物理方法組合

冀東沉積變質鐵礦和圍巖進行對比來說，后者存在以下特性：高的極化率、高磁與低電阻率，在采空里面存在著礦柱，但是依然存在高磁和高極化率的特性，在不充水的采空區里面，經常存在高電阻率這一特性，但是在塌陷、充水的采空區里面，存在著低電阻率這一特點。因此進行勘查之時，能使用電阻率剖面法、可以使用高精度磁測法、也能使用激發極化法這一地球物理方法。

進行研究時候，要采用以下的思路：（1）對激發極化法、高精度磁測與電阻率剖面法進行采用，順著高速公路中線兩側處于100 m的區域中實施掃面；（2）于圈定的異常區之中進行測線的加密，還要詳查；（3）對區域地質背景進行分析，增設邊界條件，進而阻止地球物理反演工作的多解性；（4）對采空區和未開采區的曲線進行比較，實施綜合解釋；（5）針對冀東沉積變質鐵礦采空區的地球物理組合勘查模型進行構建。

3.2 異常規律

進行預查之時，在K9+900～K13+000及K4+100～K8+200兩個區段需要投入如下的物探方法：首先是高精度磁測，其次是激發極化法，最后是視電阻率法，重點就區段之中電、磁異常的分布特點以及異常規律進行探討總結，根據實地地質調查的狀況，對工作區段內鐵礦采空區的分布地段進行分析，給第二步詳查工作帶來了前提。

進行預查的前提之下，就主要確定的5區段重點使用高精度磁測以及瞬變電磁測深的兩種方法實施測量工作，還要根據井下地質調查，就線路上的采空區實施空間定位。

全面分析了電、磁成果，在最后，和采空區有關聯的異常存在下面的規律：

（1）鐵礦進行了開采后，它的磁異常表現為礦異常特征，但是強度明顯變低，比如K10+100～K10+500區段，極值僅為2000 nT；而未開采的鐵礦，比如K10+600～K10+990區段，極值可達6000nT。

（2）針對磁測與視電阻率等值線平面圖進行二者的比較，發現了和磁異常對應視電阻率為低阻顯示，其估計因為鐵礦體自身具有良好的導電性、也許是巷道充水，表現出低阻特征。

（3）激電異常和磁測異常中心沒有全部的吻合，主要因為磁異常中心大致對應了礦頭(礦體的淺部）位置，礦體淺部嚴重地影響異常，要是礦體埋藏深度處于增加狀態，那么異常就會立即衰減。Gs異常體現為體積勘探結果，它的異常不但和礦體的整體產狀要素存在聯系，還和極化方向有著緊密的聯系，就傾斜礦體來說，它的異常中心往往和礦體的中部對應著。所以電、磁異常的分布規律于采空區主要體現為：和沒有進行開采時候對比，磁異常強度不高，電阻率呈現低阻反映，存在一定強度的極化率異常。

4 結語

雖然各種物探方法已在采空區探測中廣泛應用，但仍不同程度地存在一些不足之處。由于物探工作屬間接勘探手段，存在多解性，且瞬變電磁及高密度電法具有體積勘探效應，物探成果轉化為地質成果后可能與實際情況存在誤差。只有采用綜合物探方法，才能取長補短，相互驗證。此外，還必須加強采空區驗證工作，及時了解礦方在采掘生產中發現的各種地質信息，以便于對物探資料的重新認識和解釋，指導后續工作。

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