高精度重磁技術在礦山采區探測中的應用

陳秀清，甯 艷，鄧唯淅，周茜茜

（成都理工大學地球物理學院，工程與環境物探實驗室，四川 成都 610059）

長期以來，采空區勘探是物探工作中的難題，其對礦山采空區的位置、穩定性以及邊界范圍的勘查、評價都有著較高要求，是當前物探工作中急需解決的重要問題。當前，學術界研究更多的是煤礦采空區的勘測工作，鐵礦區的采空勘測卻相對較少[1]。鐵礦采空區同煤礦采空區在地球物理賦存特點上有著本質的區別，因此在對鐵礦區進行采空勘探時應及時調整思路和操作方式，并采取針對性的技術手段入手探測。

在對邯長鐵路涉縣段的鐵礦采空區勘查過程中，先后采取了地震映像、密點距直流電測深等方法進行勘查，通過勘查并未發現采空區，只發現在鐵礦區域內有巖溶存在。通過技術論證，決定采用高精度重力、磁力測量等技術手段，對鐵礦區進一步進行勘測工作。一般而言，通過高精度重力測量確定采空區具體位置，通過磁力測量，確定采空區范圍[2]。

1 工程概況

1.1 地形、地質條件

本次采空區勘探位于我國河北省武安市磁山到涉縣附近，位處太行山東部地區，地形、地貌相對平緩，有少量溝坎深壑，鐵礦資源較為豐富，當前多為私營采礦企業開采、冶煉。該地地層主要由石灰巖、閃長巖以及第四系黃土等構成，鐵礦位于閃長巖侵入石灰巖的接觸位置處，一般呈立體團狀分布，埋深在40m～200m之間。因此，因采空區造成的塌陷坑數量較多且深度不等。

1.2 技術難點

該地區鐵礦開采、冶煉歷史悠久，基本無法實現實地勘測，確定采空區位置有較大難度。主要通過物探為引導性技術，確定采空位置、區域，但因為鐵礦賦存基本以雞窩狀、串珠狀或呈陡傾狀、帶狀等形式進行分布。由于鐵礦采空實體目標同周圍介質無明顯差異，從而給物探勘測帶來了較大困難。當前，國內尚未形成完善、科學、有效的技術方式進行鐵礦區勘測，傳統的密點距電測深、地震映像等勘測技術效果不明顯，因此應當及時創新勘測技術。

2 方法研究

2.1 地球物理前提

（1）鐵礦帶同相鄰巖層之間有相當程度的波阻抗差異，地震波波及于此時，就會形成一定的反射，如果對鐵礦進行開采，則該層將為空氣或者填充物所填充，地震波反射結果也將隨之發生轉變，如線繞射、信號衰減等情況。但因為地表層石灰巖溶洞等又不屬于的影響，無法有效界定鐵礦采空區位置和區域。經過鉆孔勘測，未檢測到采空區，只檢測到巖溶的存在，因此地震反射技術無法作為采空勘測主要技術[3]。

（2）采空區和圍巖有著不同的電性特征，如果存在一定的且未被填充的空間，就說明有一定的強度的高阻反映存在。但因為鐵礦呈陡傾角存在，加上圍巖高阻特性的影響，鐵礦采空區無法有效檢測；如果被填充，則阻反映相對較低，同時鐵礦本身的導電性特點，對電阻率也有一定的影響，加上覆低阻覆蓋層的影響，電法也無法有效檢測并確定采空區位置。

（3）磁鐵礦磁性較高，通過磁力測量能夠有效的監測磁性礦物位置。但采空區因為鐵礦被開采，磁性不斷減弱，因此通過磁性檢測確定采空區位置的方式也是不科學的。

2.2 技術分析

綜合前文所述，當前鐵礦采空勘測技術無法滿足采空區的勘測所需，是一項急需提升并解決的重難點問題，因此需加強這一方面的研究，制定科學可行的檢測方案。分析發現，鐵礦采空區大多呈陡傾角的形式進行分布，且大多處于十數米深的塌陷坑內，采空區深度較大，地層中豎向質量影響程度較大，從而為重力勘測打下了基礎。根據技術論證結果，在物探勘測基礎上，通過磁力測量確定鐵礦區分布范圍，而通過重力測量確定采空區具體位置。

3 實驗成果與分析

3.1 資料分析

（1）重磁資料。圖1為測區磁力△T異常圖，圖中的黑實線圈為高磁異常區，異常由外而內層層提升。而中層淺色區磁力較大，說明該區域鐵礦分布較為豐富，這和現場鐵礦開采范圍相近。根據圖中信息所示，共存在九處重力異常區，同開采區塌陷坑深度相同。結果表明，鐵礦區外重力局部負異常可排除，從而為采空檢測提供了可能性。

圖1 測區磁力△T異常圖

（2）地震映像資料。根據地震映像剖面信息，8-30號樁反射波較為混亂，41-57間同相軸出現間斷的情況，因此可以認定有采空區存在；130-154間同相軸呈現出軸彎曲下凹特點且震動延續，反射周期延長，可認定采塌陷區的存在。且因為前2處異常都處于1#重力負異常區，由此可以認定8-30同41-57為采空區。

（3）瞬變電磁測深資料。根據TP-5瞬變電磁測深反演斷面信息可以看出，小樁號端始于已經被檢測到的塌陷區內，也就是1#重力負異常區，而大樁號段在位于2#重力負異常區內。地表層0m～30m是高阻層，是碎石土以及新黃土反映形成的；30m～60m是中間低租層；60m以下為底層高阻層，是基巖反映形成的。60-120之間的樁號，中間低租層呈現出下凹的情況，且WT2有異常存在，并處于1#重力負異常區，可推斷該區為采空塌陷區。

3.2 綜合成果

根據實地調查得來的信息結合鐵礦開采實踐，基本可以認定通過磁力測量能夠有效的確定鐵礦區。通過重力測量，基本可確定采空區域范圍，最后基本確定了核心采空區位置和范圍。鐵路線和采空區北部邊緣，大約200m，根據地質勘測要求，鐵路線不存在安全隱患。

4 結語

①高精度重磁力測量結合密點距直流電測深、地震映像等技術進行物探檢測，對鐵礦采空區勘測有著一定的效用，從而為鐵路線路選擇，提供了科學的依據，基本實現了地質加測目標。②通過高精度磁力測量基本確定鐵礦區具體位置。③通過高精度重力測量，可基本確定鐵礦采空范圍，并有效的彌補了其他檢測技術的不到之處，同時可通過排除類似異常的方式，進一步確定采空區具體位置。