基于礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中物探方法的應(yīng)用探討

衡大鵬

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450000）

物探，即地球物理勘探，主要是指一種通過(guò)勘查地球物理場(chǎng)的變化，來(lái)識(shí)別各類(lèi)地質(zhì)信息的勘查技術(shù)，具有成本低、效率高、適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用到礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中有助于人們順利規(guī)避潛在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，提高礦山施工效果，因此，應(yīng)對(duì)該方法的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，以歸納出更好的物探方法應(yīng)用方案，增強(qiáng)該方法的應(yīng)用效果，促進(jìn)礦山施工水平的發(fā)展。

1 物探方法在礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

一般來(lái)說(shuō)，由于種種自然原因或人類(lèi)活動(dòng)原因，導(dǎo)致礦山地表、地下巖體經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)形變、運(yùn)動(dòng)的情況，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，如坍塌、地震、滑坡等，嚴(yán)重影響了礦山施工的安全性，同時(shí)，隨著泥石流等災(zāi)害的形成，礦山環(huán)境中的廢水也會(huì)對(duì)周?chē)耐恋刭Y源造成污染，不利于礦山的正常開(kāi)采，因此，在礦山施工前，需對(duì)該區(qū)域的地質(zhì)條件予以勘探，然后再根據(jù)勘探結(jié)果，采取相應(yīng)的災(zāi)害地質(zhì)應(yīng)對(duì)措施，以有效規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到更好的礦山開(kāi)采效果。在此過(guò)程中，物探方法通過(guò)探測(cè)不同巖石介質(zhì)在磁性、彈性、密度等方面存在差異對(duì)地球物理場(chǎng)的影響，結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)資料，即可幫助人們準(zhǔn)確識(shí)別災(zāi)害地質(zhì)，為礦山施工決策提供詳實(shí)的依據(jù)。就目前來(lái)看，該探測(cè)方法相較于傳統(tǒng)的鉆探方法，其所需的裝備更加輕量，而且成本低、效率高，因此，將其應(yīng)用到礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中，能夠使人們得以更高效地獲取礦山不良地質(zhì)資料，并對(duì)礦山工況做出準(zhǔn)確評(píng)估，為具體礦山開(kāi)采施工措施的制定提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

2 基于礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中物探方法的應(yīng)用

2.1 淺層地震勘探法的應(yīng)用

2.1.1 滑坡災(zāi)害的識(shí)別

在礦山環(huán)境中，滑坡災(zāi)害是指地質(zhì)斜坡結(jié)構(gòu)上松散面、軟弱帶受重力作用，隨著斜坡滑落的不良地質(zhì)現(xiàn)象，其不僅會(huì)導(dǎo)致礦山開(kāi)采空間結(jié)構(gòu)的崩塌，而且還會(huì)造成廢水外流，嚴(yán)重影響礦山施工效果，因此，實(shí)際施工之前，施工方通常會(huì)采用物探方法，對(duì)礦山地質(zhì)情況進(jìn)行勘探，查看其中是否存在滑坡地質(zhì)，以便于確定支護(hù)施工方法、位置，保證煤礦開(kāi)采空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。就目前來(lái)看，比較常用的滑坡地質(zhì)物探方法為瑞雷波這一淺層地震勘探法。在該淺層地震勘探法的應(yīng)用中，人們可以使用淺震儀，結(jié)合可控激振震源等輔助設(shè)備，測(cè)量瑞雷波的波速，然后通過(guò)對(duì)波速進(jìn)行分析，得出巖土力學(xué)參數(shù)，以明確地質(zhì)結(jié)構(gòu)等信息，并分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)中是否存在斜坡構(gòu)造、表層是否存在軟弱帶與松散層，實(shí)現(xiàn)滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。

2.1.2 巨厚沉積巖分布地區(qū)探測(cè)

在物探法的應(yīng)用中，除了瑞雷法以外，反射波法也是一種常用的淺層地震勘探法，該勘探法主要用于巨厚沉積巖分布地區(qū)礦山探測(cè)，而巨厚沉積巖地質(zhì)作為礦山的常見(jiàn)地質(zhì)，該類(lèi)型地質(zhì)的深度較大，其他的勘測(cè)方法很難全面得出該類(lèi)型地質(zhì)中的災(zāi)害地質(zhì)構(gòu)造情況。而反射波法在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，由于巨厚沉積巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)在幾公里的深度范圍內(nèi)，一般都存在幾個(gè)或幾十個(gè)反射界面，同時(shí)，基于地震反射波的反射波勘測(cè)法，還可以接收深層折射波盲區(qū)以內(nèi)發(fā)射波，因此，該方法的災(zāi)害地質(zhì)勘查覆蓋面較大，能夠幫助人員得出淺、中、深層地質(zhì)的詳盡信息，以準(zhǔn)確地識(shí)別巨厚沉積巖地質(zhì)構(gòu)造中的災(zāi)害地質(zhì)情況，增強(qiáng)礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防效果。此外，該方法的應(yīng)用步驟也較為簡(jiǎn)單，工作者僅需要利用地震反射波進(jìn)行激發(fā)勘探，然后通過(guò)接收反射波，形成反射波資料，再對(duì)該資料進(jìn)行深入分析，即可得出地震波覆蓋層的具體地質(zhì)情況，實(shí)現(xiàn)礦山災(zāi)害地質(zhì)勘測(cè)。

2.2 電阻率法的應(yīng)用

2.2.1 崩塌災(zāi)害的識(shí)別

在礦山地質(zhì)災(zāi)害中，崩塌災(zāi)害是指由人類(lèi)擾動(dòng)、地層裂縫等原因引起的土體或巖石受重力作用影響脫離母體崩落的現(xiàn)象。就目前來(lái)看，這種現(xiàn)象常見(jiàn)于礦山的地質(zhì)斷層情況下，因此，在崩塌災(zāi)害的識(shí)別中，人們需要通過(guò)勘探出地質(zhì)斷層的位置，然后根據(jù)實(shí)際情況，在該位置設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，即可有效預(yù)防崩塌災(zāi)害的發(fā)生。在此過(guò)程中，常用的物探方法為電阻率測(cè)探法，人們應(yīng)用該方法可以直接找到地質(zhì)斷層的位置，判斷出崩塌災(zāi)害影響區(qū)域，以便于精準(zhǔn)地采取礦山開(kāi)采支護(hù)措施，降低該災(zāi)害地質(zhì)對(duì)礦山施工的影響。在電阻率測(cè)探法的應(yīng)用中，工作者需要逐步擴(kuò)大AB 級(jí)與電源供應(yīng)電極之間的距離，然后在MN 電極中間點(diǎn)中測(cè)出同一點(diǎn)與距不同AB 極的外表PS 值，再對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可得出測(cè)量點(diǎn)處各個(gè)深度情況下的地質(zhì)斷面狀態(tài)，以判定該區(qū)域內(nèi)是否存在地質(zhì)斷層，以及地質(zhì)斷層所處位置，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)。

2.2.2 電阻率法具體操作方法的選用

在礦山地質(zhì)災(zāi)害的物探中，工作者還要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電阻率法這一物探方法的操作工藝進(jìn)行選用，保證該物探方法探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在該方法的實(shí)際應(yīng)用中，工作者需先查閱現(xiàn)有的地質(zhì)資料，若資料顯示，該礦山中的巖層傾角比較平緩，則可以采用電測(cè)操作法來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻率物探，如果該礦山中的巖層傾角較大，那么就需要使用電剖面操作法來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻率物探。其中，在電測(cè)物探應(yīng)用中，工作者要先設(shè)置一個(gè)固定的測(cè)量電極距，再?gòu)拇蟮叫〉馗淖児╇婋姌O距，然后通過(guò)分析測(cè)區(qū)不同深度地質(zhì)體的導(dǎo)電性情況，由淺到深地了解地質(zhì)情況，以定位斷層等不良地質(zhì)所在位置，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害勘查。在電剖面法的應(yīng)用中，工作者需要設(shè)置固定的測(cè)量電極、供電電極，并在不同測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)出同一深度條件下，勘查區(qū)域內(nèi)巖層構(gòu)造情況，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)容易引發(fā)災(zāi)害的地質(zhì)，落實(shí)物探地質(zhì)災(zāi)害勘查。

2.3 電磁感應(yīng)的應(yīng)用

2.3.1 直流電電磁感應(yīng)的應(yīng)用

在礦山地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)中，電磁感應(yīng)這一物探方法主要是通過(guò)使用線圈在目標(biāo)地質(zhì)處構(gòu)建出一個(gè)脈沖式電場(chǎng)，然后進(jìn)行電場(chǎng)激勵(lì)，使該區(qū)域內(nèi)形成二次感應(yīng)渦流場(chǎng)，再測(cè)量斷電后二次場(chǎng)的變化情況，得出礦山地電特征，最后分析地點(diǎn)特征，即可得出礦山地質(zhì)情況，以及時(shí)識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，電磁感應(yīng)物探法根據(jù)所用電流的差異，可以被分為兩種類(lèi)型，即直流電類(lèi)型與交流電類(lèi)型。其中，直流電電磁感應(yīng)物探法應(yīng)用中，所形成的電場(chǎng)屬于天然電場(chǎng)，所用的電場(chǎng)激勵(lì)方法為充電法或激發(fā)極化法，能夠有效探測(cè)出礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的斷層破碎帶、熔巖發(fā)育情況，以準(zhǔn)確識(shí)別潛在的崩塌、滑坡等地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害勘查效果。

2.3.2 交流電電磁感應(yīng)的應(yīng)用

在交流電電磁感應(yīng)物探的應(yīng)用中，所形成的電場(chǎng)屬于人工電場(chǎng)，能夠準(zhǔn)確地探測(cè)出區(qū)域構(gòu)造、地質(zhì)厚度、水層埋深等信息，以便于工作者有效識(shí)別泥石流、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查的目的。在此過(guò)程中，待電場(chǎng)激勵(lì)完畢后，工作者還要收集礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)的交流電電磁感應(yīng)信息，并給予傅里葉變換理論，對(duì)所獲得電場(chǎng)信息中的頻率成分差異、不同頻率組合等信息進(jìn)行分析，了解高頻成分、低頻成分衰減、損耗的情況，得出地質(zhì)體電阻率性質(zhì)，最后基于此，得出地質(zhì)構(gòu)造信息，完成對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，實(shí)現(xiàn)交流電電磁感應(yīng)物探法的應(yīng)用[1]。

2.4 雷達(dá)波法的應(yīng)用

2.4.1 寬角法

在礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中，工作者可以采用寬角法、三維測(cè)量法等方法來(lái)完成雷達(dá)波物探工作。其中，在寬角雷達(dá)波法的應(yīng)用中，首先，工作者需要設(shè)置一個(gè)固定點(diǎn)為中心點(diǎn)。其次，將用于發(fā)射、接收的兩根天線分別設(shè)置在中心點(diǎn)的兩側(cè)，然后沿著測(cè)線兩側(cè)，按照一定的間隔進(jìn)行移動(dòng)數(shù)據(jù)采集。最后，將采集到的數(shù)據(jù)按照CMP 或CDP 的方法加以記錄整理，再基于此對(duì)勘查區(qū)域礦山地質(zhì)情況加以評(píng)估分析，明確礦山地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，完成地質(zhì)災(zāi)害物探工作。在雷達(dá)波物探的寬角法應(yīng)用中，工作者需注意，可以根據(jù)實(shí)際情況，采用動(dòng)靜校正、水平疊加處理等方法，提高雷達(dá)資料的信噪比，加深探測(cè)深度[2]。

2.4.2 三維測(cè)量法

在礦山地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)中，二維測(cè)量方式已經(jīng)難以滿足礦山施工設(shè)計(jì)對(duì)地質(zhì)信息精確性的要求，因此，在雷達(dá)波物探應(yīng)用中，人們研發(fā)處理三維測(cè)量法這一新的雷達(dá)波物探應(yīng)用方法。在該方法的實(shí)施中，人們通過(guò)將多條二維剖面進(jìn)行組合，可以得出面積性的三維數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)軟件的處理、顯示，即可形成礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維資料，使工作者可以更加精準(zhǔn)地識(shí)別地質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在的災(zāi)害地質(zhì)，以提前在施工設(shè)計(jì)中設(shè)置預(yù)防措施，保證礦山開(kāi)采的正常進(jìn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，該方法適用于僅有一個(gè)接收天線和一個(gè)發(fā)射天線的雷達(dá)系統(tǒng)，無(wú)需復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)即可被正常應(yīng)用，因此，三維測(cè)量法在雷達(dá)波物探的應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢(shì)。此外，工作者還可以使用配備GPS 定位系統(tǒng)的小推車(chē)，來(lái)實(shí)現(xiàn)快速的移動(dòng)采集，以提高該方法的地質(zhì)災(zāi)害勘查應(yīng)用效率[3]。

2.5 核磁共振法的應(yīng)用

2.5.1 滑坡水文地質(zhì)參數(shù)求取

滑坡作為礦山多發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，通常會(huì)為開(kāi)采工作帶來(lái)嚴(yán)重的影響，而滑體空隙中經(jīng)常存在流動(dòng)的地下水，同時(shí)具有流動(dòng)性的地下水也會(huì)對(duì)巖體產(chǎn)生沖刷作用使其穩(wěn)定性下降，并更容易滑動(dòng)，因此，可以通過(guò)找尋地下水，來(lái)確定滑坡災(zāi)害區(qū)域，以便于提前做好相應(yīng)的防護(hù)措施。在此過(guò)程中，由于核磁共振物探操作，能夠利用原子核對(duì)磁場(chǎng)射頻輻射的吸收，獲取詳細(xì)的地下水分子結(jié)構(gòu)信息，所以相較于其他的物探方法能夠幫助人們獲得更詳盡的水文地質(zhì)參數(shù)，以準(zhǔn)確定位地下水位置、流動(dòng)情況等信息，達(dá)到滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘查的效果。在滑坡水文地質(zhì)參數(shù)求取過(guò)程中，工作者需要借助NMR 找水儀進(jìn)行測(cè)試，并在測(cè)點(diǎn)上按照從小到大的順序，依次調(diào)整激發(fā)脈沖矩，即可得到由淺到深的含水層賦活信息，然后再通過(guò)反演計(jì)算，得出水文地質(zhì)參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，在水文地質(zhì)參數(shù)求取這一應(yīng)用環(huán)節(jié)中，工作者主要需要測(cè)定巖層中的自由水信息，因此，在NMR 找水儀的使用時(shí)，可以直接按照自由水信號(hào)頻率進(jìn)行調(diào)試，以更好地求取地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的自由水存在參數(shù)，增強(qiáng)滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘測(cè)的針對(duì)性[4]。

2.5.2 滑坡位置的確定

待得出水文地質(zhì)參數(shù)后，工作者還要根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)報(bào)告以及其他資料信息，評(píng)估地下水周?chē)刭|(zhì)情況，然后評(píng)估出該位置是否存在滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。在此過(guò)程中，由于在評(píng)估中除了需要水文資料以外，還需要地質(zhì)結(jié)構(gòu)資料，因此，在滑坡地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)的實(shí)際應(yīng)用中，要結(jié)合其他物探方法，明確地下水附近地質(zhì)構(gòu)造情況，當(dāng)確認(rèn)地下水區(qū)域附近存在不良地質(zhì)構(gòu)造，那么即可認(rèn)定該區(qū)域?yàn)榛碌刭|(zhì)災(zāi)害區(qū)域，實(shí)現(xiàn)滑坡位置的確認(rèn)。通常情況下，如果地下水區(qū)域上下層的水量較大、物性差異明顯，就說(shuō)明分巖體破碎、連通性好，即可認(rèn)定該部分巖土為不良地質(zhì)構(gòu)造巖土，存在滑坡風(fēng)險(xiǎn)，要工作者在開(kāi)采之前，采取相應(yīng)的支護(hù)措施，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)滑坡風(fēng)險(xiǎn)地帶予以加固，以精準(zhǔn)地預(yù)防滑坡事故。

3 結(jié)論

綜上所述，增強(qiáng)物探方法的應(yīng)用效果，能夠提升礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查水平。在礦山勘查中，借助物探方法對(duì)地質(zhì)災(zāi)害予以識(shí)別，可以全面地了解各個(gè)深度層次、水平區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，然后根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息，制定針對(duì)性的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防措施，從而保證后續(xù)礦山施工規(guī)劃決策的科學(xué)性與合理性。