河南地区矿山勘查的地质结构电法精细探测研究

刘 佳，聂肖剑，赵 哲，李 想

（河南省有色金属地质矿产局第二地质大队，河南 郑州 450016）

现今社会，矿产资源作为推动人类社会进步与发展至关重要的基础性资源，各种矿产资源在市场需求的驱动下也惨遭人类疯狂的开采。然而人类对资源的需求是无止境的增加，不可再生资源对于现在还只能对地球进行浅度开采的人类来说却是极其有限的。伴随人类文明的发展，工业产品研发导致人类对于矿产资源的需求变得更加急切[1]。而在矿产勘查过程中，过度开采和不合理方式开采，为国家与人民带来不可预估的经济损失与人员伤亡。所以，查明矿区复杂地质条件，及时采取手段预防治理，保证安全采矿已经成为矿区需要解决的重要问题[2]。河南作为人口大省，对于矿产资源的需求量更是急切。

1 河南地区矿山勘查的地质结构电法精细探测

1.1 测线布设

对于河南省矿区现行隧道的最大埋深基本在400m左右，根据河南矿产勘查单位多年来的勘探经验来说，采取探测深度比较大（最深可至1800m）。工作效率比较高的CSAMT法对洞线以及旁边进行勘测，以便可以更好地了解矿区隧洞围岩的电性结构，进而通过其电性结构基本特征以及地面设施勘查的地质信息两相结合，推论出矿区隧洞围岩可能会出现的岩石结构、电磁法程度及其精细特征，尤其是对利用岩溶区的隧道地质结构进行精细描述。对此，设计的测线方案基本如下：首先，沿着双洞线的中心各自布设一条主路段剖面，两个洞口之间需要布设一条标准测线，两个洞的外侧也需要各自布设一条基本旁测线，一共需要布设5条测线；测线长度大约控制在100m左右，点距50m。剖面的测点布设应用河南正规测绘公司出产的S890GPS、RTK进行，自西向东测线分别为右偏60度线（ZKA）、左线（LK）、中线（MK）、右线（RK）以及左偏60度线（YKY），总长度大概30KM左右。

1.2 数据采集与处理

电磁法探测作为基于点阵勘测技术施工从现场测探到的电性信号中获取到瑞雷波频散曲线，进而提取到矿区物理剖面，并在后续对其进行地质结构详细解释的手段，这当中获取到的瑞雷波频散曲线的数据处理手段主要包括频率—波数法（F—K法）以及空间相联法（SLAC法）。本文研究采取现在经常使用的空间相联法（SLAC法），从点阵电性数据中获取到频散曲线，并在此基础上进行运算获得三维的视觉波速度剖面，该数据处理方法要求勘探点在勘探台点阵中沿着圆周方向进行设置，且至少在圆周面积范围内等间距设置四套、在圆心上设置一套完整的数据采集库以组成圆形勘探点台阵。在圆形勘探点台阵中，台阵的半径统一称为勘探半径，半径的大小直接决定了勘探的深度。一般状况下，台阵的勘探深度大概是勘探半径的3倍～5倍，在台阵半径比较小的状况下，勘探深度甚至能够达到勘探半径的13倍以上，实际勘探中电磁精细程度一般也会需要采取多重圆形点阵列进行组合勘探。

1.3 数据传输

当接收设备的控制部分安置在地面时，能够大大有效简化数据的传输工作，利用XBel模块就能够实现接收设备和上位机的数据传输工作，即有关电磁法的一系列相关数据。当接收设备的控制部分安置在地下时候，就需要借助电缆完成接收设备和上位机的数据传输工作。矿井实地采集任务中，矿井电缆的传输会存在一些问题，比如电磁信号衰减严重、传输速度比较延后、失真以及数据量较少等问题。其中，影响电缆传输特性质的主要原因有：一方面是因为衰减，由于绝缘材料造成的电能泄露，电缆电阻导致电能一度损耗，都会造成信号在传输过程中衰减严重；另一方面，串音干扰，这是由于电容与电感之间的极度耦合，导致处在同一主干电缆中的信号极有可能会发复叠加到其他电缆内芯信号中，最终导致串音。因而在数据传输中，有关电缆对电磁法电性精细程度的影响力求降到最低。

2 工程实验与效果分析

为了更加清楚、具体看出此设计实际效果，以河南安阳某矿区为例，与传统设计进行对比，对其数据精细程度进行比较。

2.1 实验准备

为保证试验的准确性，将两种设计置于相同的试验参数之中，进行数据精细程度试验。试验参数见下表。

表1 试验参数设置

2.2 实验结果分析

试验过程中，通过两种不同的设计同时在相同环境中进行工作，分析其勘探数据精细程度的变化。实际效果对比见下图所示。

图1 实验对比图

从图中可以看出，本文设计方法在有外界电磁干扰的情况下，在矿井勘探精细程度上远比传统方法占有优势；而在无干扰情况下，结果依然如此，实验证明本文设计的方法具有较高的有效性。

3 结语

本文对河南地区矿山勘查的地质结构电法精细探测进行分析，依托矿山开采与勘探的结合机制，根据电磁法对地质结构的勘查数据，实现本文设计。实验论证表明，本文设计的方法具备极高的有效性。希望本文的研究能够为河南地区矿山勘查的地质结构电法精细探测的方法提供理论依据。