河南地區礦山勘查的地質結構電法精細探測研究

劉 佳，聶肖劍，趙 哲，李 想

（河南省有色金屬地質礦產局第二地質大隊，河南 鄭州 450016）

現今社會，礦產資源作為推動人類社會進步與發展至關重要的基礎性資源，各種礦產資源在市場需求的驅動下也慘遭人類瘋狂的開采。然而人類對資源的需求是無止境的增加，不可再生資源對于現在還只能對地球進行淺度開采的人類來說卻是極其有限的。伴隨人類文明的發展，工業產品研發導致人類對于礦產資源的需求變得更加急切[1]。而在礦產勘查過程中，過度開采和不合理方式開采，為國家與人民帶來不可預估的經濟損失與人員傷亡。所以，查明礦區復雜地質條件，及時采取手段預防治理，保證安全采礦已經成為礦區需要解決的重要問題[2]。河南作為人口大省，對于礦產資源的需求量更是急切。

1 河南地區礦山勘查的地質結構電法精細探測

1.1 測線布設

對于河南省礦區現行隧道的最大埋深基本在400m左右，根據河南礦產勘查單位多年來的勘探經驗來說，采取探測深度比較大（最深可至1800m）。工作效率比較高的CSAMT法對洞線以及旁邊進行勘測，以便可以更好地了解礦區隧洞圍巖的電性結構，進而通過其電性結構基本特征以及地面設施勘查的地質信息兩相結合，推論出礦區隧洞圍巖可能會出現的巖石結構、電磁法程度及其精細特征，尤其是對利用巖溶區的隧道地質結構進行精細描述。對此，設計的測線方案基本如下：首先，沿著雙洞線的中心各自布設一條主路段剖面，兩個洞口之間需要布設一條標準測線，兩個洞的外側也需要各自布設一條基本旁測線，一共需要布設5條測線；測線長度大約控制在100m左右，點距50m。剖面的測點布設應用河南正規測繪公司出產的S890GPS、RTK進行，自西向東測線分別為右偏60度線（ZKA）、左線（LK）、中線（MK）、右線（RK）以及左偏60度線（YKY），總長度大概30KM左右。

1.2 數據采集與處理

電磁法探測作為基于點陣勘測技術施工從現場測探到的電性信號中獲取到瑞雷波頻散曲線，進而提取到礦區物理剖面，并在后續對其進行地質結構詳細解釋的手段，這當中獲取到的瑞雷波頻散曲線的數據處理手段主要包括頻率—波數法（F—K法）以及空間相聯法（SLAC法）。本文研究采取現在經常使用的空間相聯法（SLAC法），從點陣電性數據中獲取到頻散曲線，并在此基礎上進行運算獲得三維的視覺波速度剖面，該數據處理方法要求勘探點在勘探臺點陣中沿著圓周方向進行設置，且至少在圓周面積范圍內等間距設置四套、在圓心上設置一套完整的數據采集庫以組成圓形勘探點臺陣。在圓形勘探點臺陣中，臺陣的半徑統一稱為勘探半徑，半徑的大小直接決定了勘探的深度。一般狀況下，臺陣的勘探深度大概是勘探半徑的3倍～5倍，在臺陣半徑比較小的狀況下，勘探深度甚至能夠達到勘探半徑的13倍以上，實際勘探中電磁精細程度一般也會需要采取多重圓形點陣列進行組合勘探。

1.3 數據傳輸

當接收設備的控制部分安置在地面時，能夠大大有效簡化數據的傳輸工作，利用XBel模塊就能夠實現接收設備和上位機的數據傳輸工作，即有關電磁法的一系列相關數據。當接收設備的控制部分安置在地下時候，就需要借助電纜完成接收設備和上位機的數據傳輸工作。礦井實地采集任務中，礦井電纜的傳輸會存在一些問題，比如電磁信號衰減嚴重、傳輸速度比較延后、失真以及數據量較少等問題。其中，影響電纜傳輸特性質的主要原因有：一方面是因為衰減，由于絕緣材料造成的電能泄露，電纜電阻導致電能一度損耗，都會造成信號在傳輸過程中衰減嚴重；另一方面，串音干擾，這是由于電容與電感之間的極度耦合，導致處在同一主干電纜中的信號極有可能會發復疊加到其他電纜內芯信號中，最終導致串音。因而在數據傳輸中，有關電纜對電磁法電性精細程度的影響力求降到最低。

2 工程實驗與效果分析

為了更加清楚、具體看出此設計實際效果，以河南安陽某礦區為例，與傳統設計進行對比，對其數據精細程度進行比較。

2.1 實驗準備

為保證試驗的準確性，將兩種設計置于相同的試驗參數之中，進行數據精細程度試驗。試驗參數見下表。

表1 試驗參數設置

2.2 實驗結果分析

試驗過程中，通過兩種不同的設計同時在相同環境中進行工作，分析其勘探數據精細程度的變化。實際效果對比見下圖所示。

圖1 實驗對比圖

從圖中可以看出，本文設計方法在有外界電磁干擾的情況下，在礦井勘探精細程度上遠比傳統方法占有優勢；而在無干擾情況下，結果依然如此，實驗證明本文設計的方法具有較高的有效性。

3 結語

本文對河南地區礦山勘查的地質結構電法精細探測進行分析，依托礦山開采與勘探的結合機制，根據電磁法對地質結構的勘查數據，實現本文設計。實驗論證表明，本文設計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為河南地區礦山勘查的地質結構電法精細探測的方法提供理論依據。