物探技術(shù)在金屬礦山地區(qū)地質(zhì)勘探中的實(shí)踐探究

侯德冰

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，對(duì)能源的需求也逐年增加。在這種背景下，如何對(duì)礦山地質(zhì)進(jìn)行有效合理的勘探成為相關(guān)部門面臨的重大課題。綜合物理技術(shù)是現(xiàn)階段礦山地質(zhì)勘探中使用的一種非常廣泛的高新技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用可以提高勘探精度，降低勘探成本。是目前礦山地質(zhì)勘探中不可缺少的重要技術(shù)。

1 綜合物探技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)與具體內(nèi)容

從目前綜合物探技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，它主要用于三個(gè)領(lǐng)域：水文地質(zhì)勘探，礦產(chǎn)勘探和綜合地質(zhì)勘探。綜合物探技術(shù)在應(yīng)用上更傾向于地質(zhì)勘探和礦物勘探，通過(guò)電磁學(xué)和現(xiàn)代科技設(shè)備的組合，達(dá)到高精度、高效率、低誤差的探測(cè)目標(biāo)。該技術(shù)不僅具有勘探結(jié)果的準(zhǔn)確特征，還在水文地質(zhì)勘探中得到有效應(yīng)用。可以大大降低其他勘測(cè)手段中比較高的錯(cuò)誤率。

其次是考古行業(yè)勘探，在進(jìn)行考古探測(cè)時(shí)，不能簡(jiǎn)單的直接開(kāi)始挖掘，必須先在地表進(jìn)行預(yù)先的探測(cè)，才能保障在考古發(fā)掘過(guò)程中不損壞文物。綜合物理勘探技術(shù)的特點(diǎn)是通過(guò)位置物理性質(zhì)的檢測(cè)來(lái)分析物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以該技術(shù)可以幫助考古學(xué)家準(zhǔn)確地檢測(cè)出準(zhǔn)確的位置，而不會(huì)損壞文化遺產(chǎn)。

最后是地質(zhì)勘探，綜合物理技術(shù)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用目的主要是為了有效預(yù)防自然災(zāi)害和減少由此造成的損失。綜合物理技術(shù)有效地融合了多種基礎(chǔ)物理技術(shù)，在現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)利用先進(jìn)儀器發(fā)射特定電磁波獲得反饋信息，從而確定礦物種類、埋藏深度等。利用電子信息設(shè)備收集反饋數(shù)據(jù)后，研究和評(píng)價(jià)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和不同巖石礦石空間分布情況等密度及巖石輻射。綜合物探勘探方法在目前的礦山地質(zhì)勘探過(guò)程中被廣泛使用，其優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)際過(guò)程中可以很好地探測(cè)淺層地質(zhì)情況，從幾千米深到不到十米的礦物都可以適用，并且運(yùn)用這類設(shè)備只需要的、簡(jiǎn)單的供電，無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)鑿，較為安全，成本低，周期短。綜合物探技術(shù)在應(yīng)用時(shí)與傳統(tǒng)勘探技術(shù)有機(jī)融合，勘探理念和方法都比較普遍。但是，綜合物探技術(shù)是各種勘探技術(shù)的有效融合，因此，與單一勘探技術(shù)相比，勘探過(guò)程和勘探質(zhì)量可以得到很大的提高。為了充分發(fā)揮綜合物理勘探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際勘探過(guò)程中，技術(shù)的應(yīng)用首先要遵循地面后地下的工作順序，有效分配勘探工作。這樣才能確保勘探工作的順利進(jìn)行。此外，在地面勘探過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守首次鉆井后物理勘探的原則，在勘探初期利用鉆井有效收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行抽樣調(diào)查，合并數(shù)據(jù)，從而提高勘探效果。

2 綜合物探技術(shù)在勘探中的應(yīng)用

首先，探測(cè)器必須合理選擇收集道路的數(shù)量。難度低、精細(xì)度高是收集度數(shù)的主要特征，只有達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，才能充分發(fā)揮其作用。直接勘探是目前礦山地質(zhì)勘探中常用的形式，勘探人員要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)需求做出合理的選擇。在選擇炸藥作為沖擊方式時(shí)，必須重視其安全性，以免造成人員傷亡。最后一項(xiàng)工作是道路之間距離的合理設(shè)置。綜合物理勘探技術(shù)在礦山地質(zhì)勘探中得到了比較完善的應(yīng)用，但仍存在一些需要合理設(shè)置公路之間距離的細(xì)節(jié)。如果不能做好這項(xiàng)工作，檢測(cè)結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)很大的錯(cuò)誤，最終會(huì)降低勘探結(jié)果的科學(xué)性和參考性。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，為了使道路之間的距離參數(shù)合理，滿足勘探需要，勘探人員應(yīng)對(duì)整個(gè)礦山地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)研究，不斷提高整個(gè)勘探工程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。整理數(shù)據(jù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱藏的安全風(fēng)險(xiǎn)，找出引起問(wèn)題的因素，制定有效的解決方案。總之，綜合物理技術(shù)在礦山地質(zhì)勘探中的應(yīng)用是一項(xiàng)全面而系統(tǒng)的工作，勘探人員要綜合考慮各種因素，結(jié)合礦山實(shí)際地質(zhì)情況，采取科學(xué)合理的勘探措施。只有這樣才能保證勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性，為下一次開(kāi)采工作奠定基礎(chǔ)。

3 三種主要物探手段

3.1 探地雷達(dá)

探地雷達(dá)的主要結(jié)構(gòu)如下：探地雷達(dá)是整個(gè)探地雷達(dá)的核心組成部分，起到主要控制作用。主要是接收探測(cè)目標(biāo)返回的電磁波，對(duì)電磁波返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列分析、存儲(chǔ)、過(guò)濾，最終起到展示我們需要的信息的作用。第二，地面穿透雷達(dá)發(fā)射電磁波的發(fā)射器，發(fā)射器不是產(chǎn)生相同頻率的電磁波，而是發(fā)射到需要多探測(cè)這些電磁波的目標(biāo)地質(zhì)。發(fā)射的地質(zhì)電磁波通過(guò)反射和散射將電磁波的信號(hào)發(fā)射到探測(cè)目標(biāo)，勘探目標(biāo)地質(zhì)。

探地雷達(dá)是通過(guò)儀器來(lái)探測(cè)地下礦物產(chǎn)生的電磁波進(jìn)行反饋來(lái)探測(cè)的，通過(guò)不同的頻段，對(duì)地下成分進(jìn)行分析、分類。根據(jù)電磁波傳播的原理，要確定電磁波在地下傳播的深度，就要了解電磁波在地質(zhì)中傳播的介質(zhì)特征，因此物探技術(shù)人員需要對(duì)介質(zhì)特征及反射有比較充分的了解。通過(guò)該媒介的特點(diǎn)對(duì)反射的電磁波進(jìn)行綜合分析和判斷。與介質(zhì)相似的情況下，通常接收的電磁海浪頻率也大體相同，因此相對(duì)較高的分辨率是底層雷達(dá)所需的能力。

金屬礦山的地質(zhì)勘探與一般地區(qū)的地質(zhì)勘探不同，礦山井下條件比較復(fù)雜，介質(zhì)多，返回的電磁波種類多，分析返回的數(shù)據(jù)困難重重。利用探地雷達(dá)勘探金屬礦山山地質(zhì)，可分為橫屋頂勘探，光強(qiáng)兩側(cè)勘探和掘進(jìn)頭勘探三種勘探形式。對(duì)礦山下的其他位置，可以采取相應(yīng)的勘探形式。工具屋頂?shù)奶綔y(cè)主要是探測(cè)嚴(yán)寒礦井下金屬的厚度和是否有積水。

3.2 地磁法

地磁法是利用野外天然存在的磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行測(cè)定的，它使用地磁強(qiáng)度和指向來(lái)對(duì)礦物進(jìn)行分析。地磁技術(shù)是測(cè)量電磁場(chǎng)頻率極低的電子，分析頻率較低的電子，確認(rèn)那里是否有金屬磁場(chǎng)，能否進(jìn)一步深入測(cè)量，是測(cè)量初期比較好的測(cè)量技術(shù)。

3.3 瞬態(tài)電磁法

瞬態(tài)電子法主電磁波反射的時(shí)間差來(lái)推測(cè)地址成分的組成，主要是根據(jù)導(dǎo)電性質(zhì)的不同原則來(lái)進(jìn)行探測(cè)，因此分析磁場(chǎng)隨著時(shí)間的變化規(guī)律，確定礦山下礦石的分布位置。

礦井瞬變電磁法是利用不接地回線于井下巷道內(nèi)設(shè)置通以一定電流的發(fā)射線圈，在其周圍空間產(chǎn)生一次電磁場(chǎng)，并在巷道周圍導(dǎo)電巖礦體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。在電流斷開(kāi)之前，發(fā)射電流在回線周圍空間中建立起一個(gè)穩(wěn)定的磁場(chǎng)。在t為0時(shí)，將電流突然斷開(kāi)，由該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)也立即消失。一次磁場(chǎng)的這一劇烈變化通過(guò)巷道內(nèi)空氣和周圍導(dǎo)電介質(zhì)傳至回線周圍的巖層中，并在巖層中激發(fā)出感應(yīng)電流以維持發(fā)射電流斷開(kāi)之前存在的磁場(chǎng)，使空間的磁場(chǎng)不會(huì)即刻消失。

由于電磁場(chǎng)在空氣中傳播的速度比在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播的速度大得多，巷道附近各處感應(yīng)電流的分布也是不均勻的，在緊靠發(fā)射回線一次磁場(chǎng)最強(qiáng)的巷道頂、底板處感應(yīng)電流最強(qiáng)。隨著時(shí)間的推移，巷道周圍的感應(yīng)電流便逐漸向外擴(kuò)散，其強(qiáng)度逐漸減弱，分布趨于均勻。

4 具體應(yīng)用舉例

為了深入探索綜合物探勘探技術(shù)在金屬礦山的應(yīng)用，文章將對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)黃銅礦地區(qū)的綜合勘探做案例分析，研究地區(qū)在內(nèi)蒙古地區(qū)某有明顯礦脈跡象地區(qū)，選定的礦區(qū)位于內(nèi)蒙古南部高原地區(qū)，地形南高北低，海拔在1300m～1600m之間，相對(duì)垂直距離不到200m，地形起伏不明顯，有黃金及黃銅原礦樣品產(chǎn)出。通過(guò)前期的勘測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)地下有大量復(fù)雜的電磁波信息，根據(jù)儀器檢測(cè)、監(jiān)測(cè)到的返回信息，確認(rèn)該地區(qū)實(shí)際上存在以金屬銅礦為主的金屬礦。確定礦井后，利用勘探雷達(dá)勘探這里的礦區(qū)地質(zhì)，這里的地下雜質(zhì)和構(gòu)成大部分是巖石、礦石和少量礦井積水。三次利用不同頻率的電磁波勘探該礦，輔以瞬態(tài)電磁法進(jìn)行檢測(cè)，最終確定該金屬礦銅礦的分布深度為地下300m～500m面積約8平方公里。在勘探銅礦分布位置的同時(shí)，綜合物探技術(shù)還在地下發(fā)現(xiàn)了一定的銀礦儲(chǔ)存，但因礦物儲(chǔ)存的深度和開(kāi)采難度都超過(guò)銀礦價(jià)值，在確定開(kāi)采深度后，勘探方式最終決定為瞬態(tài)電磁法，對(duì)礦石的主要分布情況和大部分礦石所在的地區(qū)進(jìn)行調(diào)查，減少了開(kāi)采時(shí)間，提高了開(kāi)采效率。勘探該礦后獲得的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)勘探方法相比，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度有很大提高，勘探深度大大加深，勘探效率提高，勘探成本也有所降低。

5 結(jié)語(yǔ)

利用物探技術(shù)對(duì)金屬礦山地質(zhì)勘探關(guān)系到我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展水平，在再回收再利用技術(shù)還不成熟的條件下，必須優(yōu)先考慮對(duì)我國(guó)資源的發(fā)現(xiàn)，做好預(yù)先儲(chǔ)備。本文結(jié)合基礎(chǔ)物探技術(shù)，提出了三種不同的金屬礦山產(chǎn)地測(cè)量方法。首先，在調(diào)查初期，我們采用雷達(dá)電磁波探測(cè)手段進(jìn)行對(duì)地底電磁波的定位，此后，利用地雷勘探礦產(chǎn)的地質(zhì)，通過(guò)電磁波反射進(jìn)行具體分析。在國(guó)內(nèi)目前勘探及礦山開(kāi)采技術(shù)不成熟的情況下，為了避免不必要的損失，應(yīng)該盡可能使物探技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用，形成一種擴(kuò)張的態(tài)勢(shì)。第二，可以深入礦山深處進(jìn)行測(cè)量，最后利用瞬變電磁法確定目標(biāo)地質(zhì)地區(qū)礦石分布情況和礦石數(shù)量，提高開(kāi)采效率。物探技術(shù)也要重視與傳統(tǒng)礦山地質(zhì)調(diào)查技術(shù)相結(jié)合，在傳統(tǒng)與現(xiàn)代共同進(jìn)步的環(huán)境下，相信在不久的將來(lái)，物探技術(shù)能在礦業(yè)發(fā)展上大放光彩。