高密度電阻率法在礦山地質勘探中的應用研究

張 超

（山東省物化探勘查院及山東省地質勘查工程技術研究中心，山東 濟南 250013）

我國是一個礦產大國，擁有龐大數量的礦產資源，并且礦山的種類也十分豐富，以大中型礦山為主，一般情況下，礦山的分布較為均勻，同時礦產資源的質量也較好。最近幾年，隨著我國礦山開采技術的不斷創新與發展，使得我國采礦工程的數量逐年增加，雖然一定程度上拉動了當地經濟與文化的發展，但同時也為當地的環境造成了極為嚴重的影響，不僅帶來了較大的生態壓力，也形成了許多不可逆的環境破壞，在這樣的發展背景之下，也造成了各類自然地質災害頻發的現狀[1]。因此，在進行礦山施工之前，加強對地質的勘探已經成為一項十分重要的工作，最終勘探的結果會直接影響礦山工程的實施。傳統的礦山勘探方法通常是以數據分析或者折射成像為主，雖然可以達到預期的勘探目的，得到相對應的結果，但是在實際應用的過程中，對于細節的處理還是會存在一定的誤差，這就會導致最終的勘探結果不準確[2]。另外，由于礦山勘探通常都是露天實施，這對于部分先進設備的使用也存在一定的局限，致使達不到預期的勘探效果。在這樣的發展背景之下，高密度電阻率法逐漸走進了人們的視線，此方法主要是利用電阻對相關的測量儀器進行調整，最終達到勘探的目標。不僅如此，高密度電阻法還可以在不同的環境之下進行勘探，并且確保最終的結果的完整性、準確性[3]。對比于傳統的勘探方法，此方法具有更強的靈活性和穩定性，同時對于龐大勘探數據的處理效果也相對較為可靠，有利于提升勘探工作的效率和質量，以此來進一步增強我國礦山地質勘探的水平。

1 高密度電阻率法在礦山地質勘探中的應用探析

1.1 高密度電阻異常特征確定及數據采集

在進行勘探應用探析之前，需要先對高密度電阻異常特征以及數據采集進行確定。首先，進行反演密度電阻率的推算，進行計算，如下公式1所示：

公式1中：P表示反演密度電阻率，d表示反演范圍，β表示實測密度。通過以上計算，最終可以得出實際的反演密度電阻率。將其作為各個礦床斷面層狀電性特征的推算標準，并根據這個標準將電阻性異常變化特征分為深部和淺部。分別對應松散巖層、強風化巖層、弱風化巖層以及穩定巖層四部分。可以依據多測定的區域，首先對對應的地區環境以及地質特征作出識別，同時，利用專業的處理測量設備，獲取礦山的相關數據信息，匯總整合，為后續的工作奠定基礎。在此基礎上根據，對安裝設備的電阻控制標準進行管理，一般情況下，電阻的標準都會依據實際的建設開采需求來完成設定，但是隨著測量點的變化，還是會發生部分的誤差，所以，對于誤差要作出對應的調整，具體如下表1所示：

表1 電阻測量點標準變化及誤差表

根據表1中的數據信息，最終可以完成對電阻測量點標準變化及誤差的設定與計算。完成之后，在此基礎上，進行密集電阻測量變化率的計算，并依據計算出的變化頻率來獲取電阻運行過程中出現的實際差值，合理消除部分的差值，使其降至合理的范圍之內，增強勘察工作的合理性以及穩定性，最終實現礦山勘察區域的確定。通常情況下，松散巖層到強風化巖層之間的電阻率值一般設定在15Ω左右即可，而弱風化巖層與穩定巖層之間的電阻設定在35Ω左右即可，這樣的形式主要呈現出低阻的背景，并且在低阻的環境下對相對應的密度異常特征進行確定。接下來，利用以上特征，進行相關數據的采集。可以在不同的異常特征層級之中，利用專業的設備以及儀器進行數據的采集，獲取之后，將數據匯總整合，完成高密度電阻異常特征數據的采集。

1.2 淺層勘探結構創建

在完成高密度電阻異常特征確定及數據采集之后，接下來，在此基礎上，進行淺層勘探結構的創建。勘探的結構主要針對復雜地質勘查的過程。在高密度電阻法的輔助下，先進行基礎探測層級的建立。分別為數據處理層、勘探對比層以及彈性指標參數調整層。數據處理層主要是利用專業的勘查工具以及設備對礦山地質環境、土質情況、礦床完整程度以及斷裂帶延伸范圍等數據進行獲取，并利用縱波反射法，結合礦山的相關介質，對信息進行二次整合[4]。但是在這個過程中，對于數據處理的標準也是十分嚴謹的，需要依據對應的標準來嚴格執行，同時，在日常的勘察過程中，對于數據作出整理計算時，可以明顯地預設開采的任務以及目標，并且不同的測量點變化的對應數值也是跳動的，同時具有較強的突變性。這種模式一定程度上會增加電阻率的終值，并增加正常值存在的實際誤差。另外，各個測量點的數據調動也沒有連續性，針對上述數據處理特點，可以適當地利用綜合性的電阻曲線來對前后變化情況作出評判，同時利用比值法作出對比測量，最終得出相應的數據處理結果，計算實測電阻率，具體如下公式2所示：

公式2中：A表示實測電阻率，φ表示跳躍變化比，?表示跳躍誤差值。通過上述計算，最終可以得出實際的電阻率。將其作為判別的標準，依據此標準可以判斷跳點具體的變化的情況，并對開采工程的相關地質作出一定的了解，以此來避免出現實際異常值以及測量誤差，從而影響最終的開采測量實測結果。

勘探對比層主要是將匯總整合完成的數據信息與實測的數據進行對比調整的層級。在利用高密度電阻法進行礦山勘探的過程中，常常會出現彈性誤差，這部分差值雖然較小，但是對于最終的勘探結果還是會產生一定的影響，所以在實際測量前，需要依據電阻的變化情況和范圍，再結合測量點，計算核心的彈性對比點，利用高密度電阻率法對礦山工程勘測時，首先進行數據的預處理，并在此基礎上，對于部分重要區域，可以采用人工方法進行數據的獲取與搜集，再利用鉆研的設備完成處理。依據可視化的整體電阻率形態來對數據進行修正，同時，根據統一的判別標準，結合大數據，作出對應的應用處理，將數據添加在系統軟件之中，并且利用編程軟件下載制定特殊的程序指令，以此來實現編程處理的方式。依據上述所設定的調整層級，進行對比層級的完善以及優化，具體如下表2所示：

表2 勘探對比層級設定優化表

根據表2中的數據信息，最終可以完成對勘探對比層級的優化與設定。同時，對數據的修正情況，也需要時刻關注，使其與高密度的電阻運行操作頻率相同，獲取電阻的變化波動，觀察期是否處于合理的波動范圍之內，并盡量排查掉相關的外部影響因素。最終實現對比層進行調整。

彈性指標參數調整層主要是對高密度電阻相關指標進行調整的[5]。舉例來說：當遇到彈性分界面時，設備會產生密度的反射，而反射的信號波會經過檢波器作出回應，此時便需要設定出標準的信號波處理范圍，通常情況下，波長的信號會隨著實際的勘察需求作出對應的變化。當波段的實際傳輸距離保持在15m以下，同時，道間距為2.055m，預設深度作用值為38rm，反射波的不連續區域極容易出現誤差，并且不同的波段出現故障誤差的幾率也是不同的。左右兩邊反射波的同時作用會產生極大的影響。并且由于礦山外部環境的作用，使得區域內存在較多的被雨季水充填的空洞、巖洞以及裂縫等，這也給勘察工作造成了極大的壓力，同時使高密度電阻法最終得出的結果存在誤差。而當信號向外傳輸時，實際是可以獲取到波長的時頻信號以及振幅特征，此時在密度電阻的控制下，便可以實現勘探目標的更改，進而實現多目標勘查[6]。但需要注意的是，所設計的處理層級均被應用在淺層勘探，一旦勘探深度增加，最終得出的結果就會存在差異。因此，以上便是對于淺層勘探結構的創建。

1.3 同位電阻重疊實現礦山地質勘探的應用

在完成淺層勘探結構的建立之后，接下來，利用同位電阻重疊技術來最終實現高密度電阻法在礦山地質勘探的應用。首先，需要先計算設備電阻的同位頻率，如下公式2所示：

公式2中：H便是電阻的同位頻率，g便是礦區的同位勘查范圍，通過以上計算，最終可以得出電阻的實際同位頻率。將此時勘測設備的頻率均調整在計算出的頻率數值上，進行重疊勘探，并確定勘探的極限范圍內，計算實際的重疊面積，如下公式3所示：

公式3中：D表示實際的重疊面積，s表示電阻的迎合距離，δ表示存在的誤差距離。通過計算，最終可以得出實際的勘探重疊面積，重疊面積為反復勘測面積，對重疊面積以外的范圍進行二次勘測，完成二次勘測之后，需要對將勘測的底層劃分為淺層區域和深層區域，同時，利用三維分布還原法以及高密度電阻法進行礦山勘察色譜圖像的制作，并利用相關的數據信息對其作出還原，在勘察出的堆疊面積范圍之內，設定隔離限制區域，此區域主要是為了應對無法精準測量的對應的測量點所設定的，以此來降低誤差的出現，最終得出的結果以及數據信息具有準確性、可靠性。

2 實例分析

本次實例分析選取Q礦山為主要的分析對象，并對高密度電阻法在其勘探中的應用效果進行驗證。

2.1 Q礦山地質勘探現狀簡述

Q礦區位于我國的東北部地區，主礦區處在某大型磁鐵礦山露天采場之內，此礦區的面積較大，并且礦床發育的相對較為完整，破碎礦床的數量僅在4%左右，這表明該礦區礦產資源整體的質量較高。采場內礦脈呈片狀向外延伸，并且延伸的面積較廣。礦區的斷裂帶較少，但是地質環境較為多樣化，土質相對較為疏松。所以，面對這樣的現狀，無疑是增加了勘探的難度。在勘探時，Q礦山的采空區較多，這在一定程度上增加了開采施工的安全隱患，同時也阻礙了礦山開采的進度。另外，由于礦區是處于磁場的采集區的內部，在進行勘探的過程中，對于部分勘探設備的使用也會造成一定的影響，進而使最終的勘探結果出現誤差。所以，需要設計更加高效的應用方法進一步提升勘探的整體效率和質量。

2.2 勘探應用探析

通過對上述Q礦區現狀的了解，進行勘探實例應用的分析，具體的分析步驟如圖1所示。

圖1 Q礦區勘探應用分析步驟圖

根據圖1中的分析，可以了解到勘探應用的相關情況，將得出的數據信息添加在數據處理軟件之中作出匯總整合，對比其是否還處于正常的勘察范圍之中，如果存在誤差，需要找出誤差測量點，并消除誤差數值，如果不存在誤差，則可以采用高密度電阻法，將設備的電阻依據對應的標準完成實際的設定，在堆疊面積之內，將數據作出調整，計算最終的均方誤差，計算對應的反演比值，進行反演推算，預測礦山開采的結果，在此基礎上，重新設定電阻的密度比值，創建新的預設環境，重新進行測試，依據上述的方式，獲取數據，計算誤差，得出最終的反演比值。經過上述的計算與推演，完成礦山地質的勘察工作，最終可以得出應用高密度電阻率法前后勘探應用的效果的不同，對其進行分析，具體如下表3所示。

表3 勘探應用結果分析表

根據表3中的數據信息，可以得出最終的結論：在應用高密度電阻法對礦山地質進行勘探之后，所得出的反演比值相對較高，這表明在高密度電阻法的作用之下，勘探的范圍和效果都有了明顯的提升，具有實際的應用價值。

3 結語

綜上所述，便是對高密度電阻率法在礦山地質勘探中的應用研究。此方法對比于傳統的勘探方法具有更強的可靠性，并且適用于各種勘探環境，這在一定程度上就極大地降低了勘探的成本。同時，還可以側面反映出勘探存在的問題，以科學的方式加以解決，并確保最終勘探結果的穩定性與真實性，進而增強我國礦山勘探的技術水平。