铁矿采空区的地球物理探测

铁矿采空区的地球物理探测（共10篇）

篇1：铁矿采空区的地球物理探测

[摘要]铁矿采空区周围的岩石通电，增加了辨识采空区的难度。

随着探测技术的发展，更好地解决了这一问题。

地球物理探测对不同的物理场分布和其改变进行观察和测量，研究其分布规律。

通过在铁矿采空区的应用，能够更加准确和高效地找到采空区。

本研究通过对铁矿采空区的地球物理探测的了解，分析采矿区物理特征，以确保能够准确找到采空区位置，以为相关领域研究提供参考。

篇2：铁矿采空区的地球物理探测

铁矿作为我国的重要资源，其自发展起，开采秩序混乱，不科学地开采导致大量采空区的出现，为采矿工作埋下安全隐患，并会影响整个矿山的环境。

采空区极容易造成地表凹陷、岩石移动、坍塌等现象，会导致资源的浪费和环境的恶化。

准确测探采空区位置是非常重要的。

篇3：铁矿采空区的地球物理探测

采空区作为人类活动潜在的地质灾害之一, 给工程建设和人民群众的生命财产造成了严重的威胁。高密度电法已被广泛应用于采空区探测及工程地质勘查。肖敏[1]等通过对北京地区浅层采空区的探测表明富水充填的小煤窑采空区表现为低视电阻率异常。母昌平[2]等采用高密度电法对程潮铁矿西区开采顶板围岩的电导率进行了探测, 掌握了覆岩冒落的空间的形态特征。蒋富鹏[3]利用高密度电法方法研究了工程岩溶中电阻率的差别。李树琼[4]等运用高密度电法探测了昆明市空港开发区、深圳工业园、呈贡新城净配水工程北水厂岩溶区岩土工程地质特征, 为后期市政施工提供了重要依据。

江苏省南京市岔路口硫铁矿矿区存在为数众多、大小不一、范围不详的采空区, 它们有的互通、有的重叠、纵横交错。这些采空区的存在给工程建设带来了隐患。基于此在南京市岔路口硫铁矿矿区开展了高密度电法勘查工作。

1 研究区地质概况

1.1 地层

矿区内出露地层有三叠系中统周冲村组、黄马青组, 上统范家塘组和侏罗系中下统象山群及第四系。基岩多出露于朝阳山、农场山山顶及南北两侧、聚宝山山脊和南北山坡, 西杨坊之南有黄马青组呈零星出露。

山坡大部分为第四系覆盖。见于朝阳山、农场山南侧山坡及聚宝山之西和聚宝山之南较平坦地段, 为残坡积物和褐色含粉砂亚粘土及黄褐色含砾亚粘土或杂色砂砾层。厚度0~38米。与下伏地层呈不整合接触。

1.2 构造

1.2.1 F5断层

该断层走向128°, 倾向218°, 倾角80°, 走向长170米, 断层南西盘 (上盘) 为周冲村组灰岩, 盐溶角砾岩 (角砾状灰岩) 和灰质白云岩上升与北东盘 (下盘) 黄马青组紫红色粉砂质泥岩, 泥质粉砂岩呈断层接触, 断距约50~120米。该断层属压扭性断裂, 形成时间稍晚于推覆构造。

1.2.2 F6断层

该断层走向45°, 倾向135°, 倾角70°, 走向长240米。断层南东盘 (上盘) 的周冲村组、黄马青组地层界线与北西盘 (下盘) 该界线发生错位, 南东盘下降, 北西盘上升, 断距85~210米。断层面倾角陡, 该断层亦属压扭性断裂。形成时间同于F5。

1.3 岩浆岩

矿区岩浆岩主要为中性岩—酸性岩类。区内有闪长岩、闪长玢岩、石英闪长岩、石英闪长玢岩和石英二长岩等。朝阳山矿段岩体呈西浅东深, 北浅南深的趋势, 地表岩体主要出露在北部及西北部, 聚宝山矿段岩体呈脉状产出, 脉厚2~110米, 根据同位素年龄资料, 矿区岩体属燕山晚期产物。

1.4 矿床特征

岔路口硫铁矿属岩浆期后中—低温热液充填型矿床。矿体主要赋存于周冲村组地层中。

1.4.1 岩浆活动与成矿的关系

矿段内闪长岩体是黄铁矿的成矿母岩, 它们均受到中—低温热液蚀变和普遍黄铁化。

1.4.2 构造与成矿的关系

燕山晚期中酸性岩浆沿逆断层及断层附近的裂隙浸入上升, 含矿热液随之运移, 渗透到断层带及其附近的围岩孔洞或裂隙中, 形成黄铁矿。

1.4.3 岩性和蚀变与成矿的关系

岩性对成矿起着非常重要的控制作用, 岩溶角砾岩是主要含矿岩石, 它们隙度大, 有利于含矿气液的运移。

2 探测原理与方法

2.1 基本原理

高密度电阻率法是以岩 (矿) 石的导电性差异为基础的一类电探方法, 在施加电场作用下, 分析地中传导电流的分布规律, 从而达到探测地质体目的。高密度电法由传统电阻率法发展而来, 与传统的电阻率法相比, 它具有高密度 (小电极距, 一般1~5米) 、多道 (一个排列60~120根电极) 、高效 (一次布设完所有电极, 自动改变电极距, 由浅入深自采自存) 等优点。施工起来效率高、成本低, 解释方便快捷, 获得的信息丰富, 在小电极距下可以达到较高的探测精度, 尤其适合目前工程地质勘察中目标体埋深不大, 规模较小等情况。所有这些新特征使之在工程领域得到越来越广泛的应用。

2.2 探测方法

2.2.1 工作线的布置

高密度电法剖面4条, 勘探线方向为东西向, 勘探线距为50m, 总长度约2.4km (见图1) 。

2.2.2 装置

本次工作采用2米点距的温纳 (WN) 装置进行施工。所谓温纳装置, 即等比对称四极装置, 其电极排列规律是:A, M, N, B (其中A, B是供电电极, M, N是测量电极) , AM=MN=NB为一个电极间距, 随着剖面数n由n (min) 逐渐增大到n (max) , 四个电极之间的间距也均匀拉开。该装置适用于固定断面扫描测量, 其特点是测量断面为倒梯形, 电极排列如图2所示。

采集的数据均按剖面数由小到大的顺序分层存储, 每增大一个剖面系数则该层数据量减3, 结果为梯形区域, 显示为梯形图形和影像。当两者的通道总数为120道, 最小剖面数nmin=1, 最大剖面数nmax=30时, 单排列温纳共采集2205个视电阻率数据;工作中每排列的文件名以测线号和装置模式为前提, 便于检查、存储。

3 探测结果与讨论

3.1 分层解释

勘查区位于长江下游地区丘陵地区, 该区雨水丰富、地表较平坦, 表层土壤湿润电极接地电阻良好, 利于高密度电阻率法的勘测。已有的工勘资料揭示本区只有第四系与三叠系地层以及侵入的岩浆岩, 第四系地层电阻率较低, 一般不大于10Ω·m;三叠系地层主要为周冲村组的灰岩, 电阻率一般在20~100Ω·m左右;而侵入到三叠系地层中的岩浆岩电阻率一般大于100Ω·m;三种地层电阻率差异较明显。利用高密度电阻率法能基本确定第四系地层底界面。由于勘探区曾经发生过剧烈的构造运动、以及岩浆岩的侵入活动, 之后又经历了长期的风化作用和硫铁矿的开采对地层的扰动, 使地层岩石裂隙孔洞发育, 岩石的完整性差、地层松动, 浅地表由于受地下水的干扰给地质精细分层带来困难。特别是沿地层层面、断层裂隙和松散层孔隙裂隙发育的部位, 严重扰乱地电分层特征, 使部分地段难以通过电性进行分层。

从处理得到的视电阻率剖面图上来看, 第四系 (Q) 松散层电阻率较小, 一般不大于10Ω·m, 形态近似水平, 特征很清楚, 厚度小于20m, 多数在10m以内;三叠系 (T) 地层电阻率也较小, 一般在20~100Ω·m左右, 厚度在20~150m左右;三叠系下覆地层为岩浆岩, 电阻率一般大于100Ω·m。如图3。三叠系内部因裂隙发育受大量地下水等低阻干扰, 部分地段层序不很明朗。

3.2 采空区解释

从已有的地质资料和钻孔资料显示勘查区的硫铁矿主要赋存于三叠系的灰岩裂隙中, 由于硫铁矿是由于岩浆岩侵入到灰岩中发生接触交代作用形成, 故采空区应该位于岩浆岩和沉积岩地层界线附近, 且由于采矿活动造成采空区上覆岩石松动塌落, 地下水容易沿着裂缝渗透下来, 故在采空区及其上方附近形成相对低阻, 从已有的钻孔资料揭示960/2、825/3、875/3、855/4下面有采空区, 这些采空区上覆地层的是电阻率相对较低, 且比附近电阻率低。通过与钻孔资料对比后, 再分析高密度电阻率剖面, 推测640/1、710/1、730/1、970/2、840/3、900/4点附近可能为采空区, 值得注意的是3线825/3 (ZK15~ZK16) 、875/5下打到采空区, 而他们之前的电阻率曲线下凹, 电阻率较低, 有可能有采空区。

3.3 采矿范围解释

矿石的开采破坏了原岩的完整性, 采空区上覆地层在矿石开采后易发生塌落, 从而使上覆地层发生松动, 雨水容易沿着裂缝进入岩层, 从而岩石的电性特征发生改变, 形成相对低阻体, 因此剖面范围内的相对低阻区域对圈定采矿范围有一定的指导意义, 假定电阻率小于40Ω·m的地区为推断采矿异常区, 电阻率小于40Ω·m的地区在地质解释图中分别以蓝色虚线圈标示, 由各剖面电阻率分布图可以得出:剖面1上, 推断采矿异常区主要分布于点600~点830这一区段, 剖面2上, 推断采矿异常区主要分布于点880~点1100这一区段, 剖面3上, 推断采矿异常区主要分布于点740~点1020这一区段, 剖面4上, 推断采矿异常区主要分布于点710~点990这一区段, 整个工区电阻率低值区标高呈现由北向南逐渐加深的趋势。同时可以大致圈出矿区推断采矿异常区 (电阻率小于40Ω·m) 的范围, 共有8个拐点, 其拐点坐标如下:

4 结论

本次通过对实测二维高密度电阻率勘探法资料的细致分析研究和综合解释推断, 取得如下主要认识:

(1) 根据不同层位的电阻率特征结合已有的钻孔资料, 对勘查区地层进行了初步划分, 基本探明了勘探区的地层情况。

(2) 结合钻孔资料分析了勘查区域内已知和潜在的采空区, 采空区上覆地层有发生垮落松动现象, 电阻率呈现相对低阻, 对今后工程勘察具有一定的指导意义。

(3) 矿石的开采改变了上覆地层电性特征, 形成一个电阻率异常区域, 通过对异常区域的划分, 给出了采矿对地层的影响范围。

参考文献

[1]肖敏, 陈昌彦, 白朝旭, 等.北京地区浅层采空区高密度电法探测应用分析[J].工程地球物理学报, 2014, 11 (1) :29-35.

[2]母昌平, 徐铁军, 雷远坤, 等.高密度电法在采空区覆岩冒落探测中的应用[J].现代矿业, 2013, 9 (9) :54-56.

[3]蒋富鹏, 肖宏跃, 刘垒, 等.高密度电法在工程岩溶勘探中的应用[J].工程地球物理学报, 2013, 5 (3) :389-393.

篇4：铁矿采空区的地球物理探测

关键词：深部；铁矿；勘探；地球物理找矿模式

经济建设的快速发展，对于矿产资源的需求持续的扩大。大量的资源消耗将会造成不同程度的资源短缺危机。新时期需要加快深部铁矿资源的勘探，找到能够接替的资源，缓解资源紧缺的状况。人们无法直接观察地下内部结构，对深部地质结构并不明确，严重的限制深部铁矿勘探活动的开展。地球物理找矿模式具有探测深度广、精确度高等特点，能够为深部铁矿勘探提供丰富的资源信息，建立资源共享的同时为构建稳定安全的战略后备资源奠定基础。

1.铁矿资源形成的深部原因

地表深处的铁矿资源，大型或者超大型铁矿资源区的形成需要通过地球深部物质与能量产生交换，不是简单地地球资源堆积。铁矿元素分异、运转、聚集和调整的过程中出现的物质重组。大型或者超大型铁矿床分布与物质与能量交换有着直接的关系[1]。力学产生的制约条件，会在物质运转的过程中出现上涌，并且地质围岩出现的蚀变与变质会逐渐的堆积。地球深部构造格局与物质属性等都是在空间动力转换的过程中发生的改变。传统资源勘探方式并不能够解决这种问题，无法了解到地下深部基本构造信息。深钻井方法成本巨大，并且无法解决超深钻井问题。深部铁矿只能够通过地球物理找矿模式进行解决。

2.地球物理找矿模式在深部铁矿勘探中的作用

2.1开展地学填图，优化深部铁矿靶区

通过地学填图能够对地下铁矿的分布规律进行划定，优化深部铁矿靶区。确定沉积盖层主要结构，明确风化层的厚度。铁矿基底起伏变化超基性侵入岩有着直接的联系。基底覆盖中-新声带沉积建造，会发生明显的地基起伏变化。利用地球物理找矿模式会圈定深部具有潜力的铁矿靶区[2]。根据主要的地质内部信息，构建深部企鹅牛物理反演模型。直观的展示地球构造环境，并且铁矿资源在岩浆的作用下构建成矿环境。断裂与区域重力资料的线性异常有着直接的关系，确定断裂延伸，将会为铁矿靶区的圈定提供重要的依据。深部铁矿填图，将会确定铁矿层位。采用地球物理找矿模式进行深部铁矿填图，根据不同物理属性岩层变化和异常形态，能够更为准确的判断出铁矿的位置。地球物理找矿模式能够形成立体地学填图，在深部铁矿构造上能够建立对应的模型，利用航空重力梯度测量等获取到高精度数据，并且构建相应的三维模拟，确定地质内部界线，发现深部隐藏的铁矿。

2.2地球物理找矿模式效应

地质内部构造在常规找矿勘探方法并不能够成功找到铁矿。只有大深度进行探测，高精度重力勘探才能够发挥综合效应。地球物理找矿模式在发现的重力、磁力异常的状况下将会确认隐藏在中生代沉积岩中的铁矿。铁矿床与区域线性构造有着直接的关系，根据区域线性构造能够确定铁矿床的位置[3]。随着铁矿大规模的开采，找矿问题日益突出。在深部地壳中铁矿床位置还不够明确，无法解决大探测深度下的地质状况。地球物理找矿模式根据区域重力和磁力特点，通过反演模式的构建能够分析圈定找矿靶区。在深部找矿的过程中大探测深度勘查能够探明地壳结构，为深部铁矿勘探理论基础的丰富发挥作用，指明深部铁矿资源的范围。

2.3重力和磁力勘探

重力勘探是地球物理找矿模式的重要方法。主要是通过地质深处的岩体与矿物之间产生的密切差异引起的重力加速度值出现的变化进行的勘探的方法。在确认地质与岩体之间产生密度差就可以通过精密仪器对重力异常状况进行测量。结合地质物探资料，对重力异常情况进行解释和分析定量。这样在判断出不同密度矿产埋藏情况。找出相应的矿物存在位置[4]。磁力勘探主要是根据地质中岩体与矿物的不同磁性作用下导致的局部磁场变化进行判断。利用仪器对局部磁场异常情况进行分析研究，通过磁性的不同找到相对应的矿物。磁力勘探是一种应用较为广泛的地球物理找矿模式。在航空、海洋中的找矿都可以应用到。地质填图能够确认地质构造基本情况，一些矿产地区需要开展大规模的磁力勘探工作。通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律达到找矿勘探的目的。利用专门的仪器进行记录。

结束语：铁矿资源是由深部物质与能量在交换的过程中产生的深层动力产物。在地壳内部进行深度勘探将会发现大型或者超大型的铁矿床。是寻找到铁矿的基本模式。工业化建设水平不断地提升，需要耗费大量的铁矿资源。建立多元化资源共享模式将会为实现可持续发展提供安全可靠的战略后备力量。采用传统的地质找矿方法效果并不明显。通过地球物理找矿能够更好地与地平线下铁矿产生响应，探寻到深层次潜伏的矿藏。地球物理找矿模式具有大探测深度、高精度特点，能够更为快速的圈定深部矿靶区域。掌握深部铁矿构造，建立直接或者间接的信息连接，明确精细的地下结构，直接找出铁矿部位。地球物理找矿模式在深部铁矿勘探的过程中发挥着巨大的作用。因此，必须要强化勘探深度，提升分辨率，使地球物理找矿设备更加完善。这样有助于深部铁矿勘探效果进一步提升。

参考文献

[1]杜瑞庆.深部铁矿勘探的地球物理找矿模式研究[D].中国地质大学（北京）， 2013.

[2]白旭晖.铁矿勘探中的地球物理找矿模式研究[J].西部资源， 2016（3）.

[3]单曉刚， 王洪波， 李争.辽宁省黑石砬子铁矿地质-地球物理综合研究及深部找矿效果[J].地质找矿论丛， 2013， 28（3）：366-370.

[4]武斌， 曹俊兴， 唐玉强，等.红格地区钒钛磁铁矿地质特征及地球物理找矿的探讨[J].地质与勘探， 2012， 48（1）：140-147.

篇5：铁矿采空区的地球物理探测

综合地球物理方法在冀东铁矿采空区勘查中的应用

应用高精度磁法、电阻率剖面法、激发化法等常规地球物理勘查方法对冀东地区太古宙沉积变质铁矿采空区进行综合研究,建立冀东铁矿采空区有效的.地球物理勘查组合模型,总结不同地质环境条件下各种地球物理勘查方法在冀东铁矿采空区勘探中的适用性和有效性.

作 者：彭朝晖 张家奇 肖金平PENG Zhao-hui ZHANG Jia-qi XIAO Jin-ping 作者单位：河北省地球物理勘查院,河北,廊坊,065000刊 名：物探与化探 ISTIC PKU英文刊名：GEOPHYSICAL AND GEOCHEMICAL EXPLORATION年，卷(期)：31(4)分类号：P631关键词：综合地球物理方法 铁矿采空区 组合模型

篇6：云南省岩溶水地球物理探测实践

In recent years, the main methods adopted for karst water prospecting in Yunnan province have been resistivity sounding, nuclear magnetic resonance, resistivity imaging, etc.. The achievements and problems of the applications of these methods have been discribed in the paper, with valuable experiences summed up and technical parameters specified. And even more important, an optimized procedure for the karst water prospecting has been proposed. That is to adopt resistivity sounding to quickly cover a large area first to outline preliminarily watery sectors, and lay-out boreholes based on the sounding and geological data; then perform nuclear magnetic resonance soundings around each planned borehole location to map out water abundance of an area unit circled by the antenna frame; finally carry out densely-spaced resistivity soundings within the most prospective units to locate water-bearing bodies. The procedure has made the probability of success of drilling greatly increased.

作 者：王宇 袁道先 杨世瑜 WANG Yu YUAN Dao-xian YANG Shi-yu 作者单位：王宇,WANG Yu(昆明理工大学,云南,昆明,650093;云南省地质调查院,云南,昆明,650051)

袁道先,YUAN Dao-xian(中国地质科学院岩溶地质研究所,广西,桂林,541004)

杨世瑜,YANG Shi-yu(昆明理工大学,云南,昆明,650093)

篇7：铁矿采空区的地球物理探测

地球物理探测技术是根据地下介质存在的物性 ( 密度、电阻率、波速等) 差异,探测覆盖层下目标体的方法。目前工程勘察领域常用的物探方法包括高密度电阻率法[1~5]、音频电磁法[6]、瑞雷面波法、探地雷达法、微重力测量[7]等,不同的地球物理方法各有优势和不足。

河北省唐山市采煤历史悠久,存在数量众多的小煤窑,由于缺乏完整的采矿资料,已经进行填埋处理的废矿井给市政工程建设造成了潜在的危险。 唐山某公园拟建人工湖地区为一废弃小煤窑采区, 为规避工程风险,采用重力、高密度电阻率法进行了综合探测,探测目标是初步确定掩埋井口的位置,为后续钻探验证及注浆治理提供依据。本文研究了这两种物探方法的应用效果,并针对回填区的特殊性,总结了一些施工及资料处理经验,可为开展类似工作提供参考。

1掩埋矿井的工程特性及地球物理特征

小煤窑具有开采随意、深度浅、采掘无规律等特点,其主井口位置一般对应地下采掘主巷道采空区。采空区由于重力作用,地下形成冒落带和裂隙带,在地表则表现为小规模的塌陷[8~10],尤其是井口位置,塌陷程度更大。本工区矿井封闭后进行了整体回填,填充物具有不均匀性,地表未见异常。 通过现场调查和附近其他地表出露的井口试验,总结了掩埋井口的工程特性主要为: ( 1) 井口为圆砖墙为主,直径2 ~ 4m,支撑性好,井内填充物以砂土为主,压实较好; ( 2) 井口上方至地表为渣土和建筑垃圾为主的填埋层,物性分布无规律,参见图1和图2。

井口内填充物由于自重作用向巷道内移动,在上部覆盖层和井口间形成空洞,重力上表现为重力低异常,电阻率表现为高异常; 表层回填物电阻率复杂无规律,深部填充物空隙度大,且由于地势较低有利于自然降水补充,使覆盖层深部介质充水导致整体电阻率相对较低; 井口由于砖墙的隔水作用,井内整体表现为高阻特性。

2地球物理方法

2.1高密度电阻率法

高密度电阻率法基于垂向直流电测深与电测剖面法原理,通过测量控制系统将在同一条多芯电缆上布置连结的多个电极进行排列组合,构成多个垂向测深点或多个不同深度的探测剖面,并按特定的探测装置类型逐点或逐层采集电阻率数据,通过一次布设实现了自动跑极、自动通断电、自动观测记录及存储,获取了剖面不同位置及深度上的原始数据,具有采集数 据量大,数据观测 精度高等 优点[11]。本次高密度电法测量仪器使用DCX-1A电阻率层析成像数据采集系统。

2.2微重力测量

微重力测量是观测精度达到微伽级的重力测量,利用地下密度异常体引起的剩余重力异常进行地下介质探测的方法。该方法采用精度更高的仪器及更严格的野外采集方法,以确保测量效果。本次观测使用CG-5重力仪进行相对重力测量,测点坐标及高程使用全站仪测定。

3应用效果

3.1工作布置及参数

为提高野外数据质量,根据工作场地的地质条件、工作目标、工区范围及地物情况,综合确定探测工作布置和采集参数。考虑到目标体较小,网度确定为高密度电法测量2m ×5m,剖面30条; 重力测量1m × 1m ( 见图3) 。考虑到探测的精度,高密度电阻率法选择了对垂向及横向灵敏度较适当的温纳装置[12]( 见图4) ,确保较大的测量电位以压制干扰。

3.2地球物理异常推断解译

首先在工区附近出露的WJ01矿井口进行了高密度电法有效性试验。井口出露部分呈圆形,直径3. 6m,井壁为砖墙。横穿该井的试验剖面 ( 图5) 反演结果表明,高阻异常位置对应了井口位置,但受体积效应的影响,其横向边界存在一定偏差。试验结果表明,利用高密度电法进行掩埋井探测是可行的。

工区共完成高密度电法剖面30条,通过电阻率二维反演处理和重力位场转换进行了异常推断和解释,共发现了2处具备高电阻率和低重力组合异常特征的位置。

图6为工区内三条高密度电法测量剖面成果图, 整体电性特征具有一定的代表性。浅部0 ~ 10m范围内电阻率变化剧烈且无规律,电阻率范围10 ~ 150Ω·m,呈高阻、低阻相间分布特征,是井口上覆回填层的反应,深部整体呈低电阻 ( <25Ω·m) ,为回填层充水所致。根据掩埋井的物性特征及方法试验结论,认为深部低阻背景下存在的垂向分布的孤立高阻体可作为推测掩埋井口的依据。图6 ( a) 中L03测线长度132m处及图6 ( b) 中L17测线144m处均发现电性高阻异常响应,而图6 ( c) 中L26测线深部不存在高阻异常,结合剩余重力异常图 ( 图7) 分析,上述两处高阻异常处基本处于剩余重力低异常范围,故综合推断为疑似掩埋井位置,井口埋深25 ~30m。

在推断井位布置了验证孔两个,孔深分别为92. 8m和84. 2m。验证结果表明,浅部人工回填土深度分别为28. 6m和30. 4m,基本与推断井口埋深相符,其下主要为风化砂岩。对掩埋井进行了注浆处理,注浆总量超过4000m3。处理后封闭注水试验结果表明,推测的两处井口位置未发现漏水,但在L26线92m处发现一处漏水井口,高密度电阻率及重力测量探测结果中均未发现该井口,表明探测方法也具有一定的局限性,分析原因主要为: ( 1) 上覆回填物的物性差异大,影响了探测效果; ( 2) 井口塌陷严重,不是砖砌井或井口直径太小,导致物性异常幅值太小,没有达到仪器观测范围。

4结论

本次利用高密度电法和微重力探测的综合方法探测掩埋井口取得了预期的效果,针对在人工回填区开展地球物理探测工作的特殊性及局限性进行如下总结。

( 1) 高密度电法具有数据量大、分辨率高、数据处理方法成熟等优点,适合城市工程建设领域埋深30m以上的工程勘察工作。根据工作区特点选择适合的工作参数和装置,资料解译采用综合地球物理勘察方法,利用多种物性参数相关分析,可以使物探成果更加有效。

( 2) 探测目标与围岩之间的物性差异是开展地球物理探测的前提,回填区介质的不均匀性是影响勘察效果的重要因素。建立合理的地球物理模型, 确定物性组合特征,并开展方法有效性试验,对地球物理资料的解释推断有指导作用。

( 3) 观测结果受体积效应影响会存在误差,在无异常的部位也发现了井口,说明了物探方法的局限性。以后的工作可以通过多种方法的综合分析并引入三维处理技术,进一步提高探测的准确性。

摘要：在某在建人工湖地下掩埋的废弃煤井口勘察中,首先分析了矿井的工程特性,并在出露井口进行了方法有效性试验,确定了回填层和掩埋井的物性特征。根据试验和分析研究结果,制定了高密度电阻率法和微重力探测的综合地球物理探测方案,通过分析取得的电阻率和重力异常结果,发现了两处具有高电阻率和低重力组合特征的疑似掩埋井口,并在推测位置施工浅钻发现了掩埋井,其埋深与推断基本相符。应用结果表明,综合物探方法是提高探测准确性的有效途径。

篇8：铁矿采空区的地球物理探测

关键词：铁矿勘探；地球物理；找矿模式；深部铁矿

随着我国经济的不断发展进步，铁矿资源的消耗迅速增加，为了满足不断增长的矿产资源需求，大量的矿产资源开发使得易采矿、浅部矿、地表矿已经接近枯竭。因此，向地下深部找矿是缓解铁矿资源紧张状况，促进铁矿产业可持续发展的主要途径。而深部找矿的开展，对目前适用于浅部找矿的勘探技术提出了更高的要求，寻找适宜于深部探矿的新技术模式是目前深部找矿的当务之急。

一、磁法勘探

（一）基本概念。磁法勘探是通过对岩石、矿石以及其他勘探对象的磁性差异引起的磁异常进行观察和分析，在此基础上对地质结构和矿产资源的分布规律进行分析研究的地球物理方法中的一种。这一方法是发展最早且应用广泛的一种地球物理方法。

（二）地球磁场与岩石磁性。我们之所以能够利用磁探法找矿，主要原因就是地球存在磁场，我们通常用来确定地理南北极的磁针也是利用这一原理。岩石在漫长的形成过程中受到来自地磁场长时期的磁化进而产生了磁性，由于磁化强度的不同磁性程度也有所不同，而磁性程度的不同就表现为探矿过程中的磁异常。正是通过地面磁异常的探测，人们才可以对地面下的岩矿体赋存情况进行推测。

（三）磁异常与磁法探矿。磁异常是指在消除多种短期磁场变化以后，实测磁场和正常场的主磁场间存在的差异。磁法探测这一地球物理找矿方法正是通过对磁异常加以利用来进行工作的。具体来说，就是对勘探对象所引起的磁异常进行观测和分析，进而对矿物所在的地质构造以及矿物在地层中的分布规律进行研究。磁法探矿用于深部铁矿勘探时需要解释的主要内容为：根据所测的磁异常，判断引起磁异常的磁性体的几何参数和磁性参数。其中集合参数为形状、大小、位置以及产状，而磁性参数则是指磁性的方向和强度的大小。在磁法探测中，以静磁场理论为基础，由已知磁性体通过数学计算进而求出磁场的分布，被称为正问题；与之相反，由磁异常通过数学计算，进而对磁性体的几何参数和磁性参数进行求解则被称为反问题。在磁法勘探过程中，这两个问题都是通过数学计算来进行计算的，但是要全部完成整个深部铁矿磁法勘探的解释，仅是上述数学计算是难以满足的，还需要在其他地质、物化探以及物性资料的基础上进行综合的分析研究和解释，得出的结论才会最大限度地与地质客观实际相吻合，为查明深度地下的铁矿资源提供准确的依据。

二、电法勘探

（一）基本概念。电法勘探是根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质（如导电性、导磁性、介电性）和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，寻找不同类型有用矿床和查明地质构造及解决地质问题的地球物理勘探方法。在实际的勘探中，由于地质条件的复杂性以及岩石物性的多变，寻找埋藏深度大的铁矿有很大困难，单凭磁法勘探难以取得预期的效果。因此，借助于其他地球物理探矿方法是解决问题有效办法。电法勘探正是其中之一。

（二）可控源音频大地电磁法。在电法勘探中，可控源音频大地电磁法是一种常见方法，它是在大地电磁法和大地音频电磁法二者基础上形成的以电磁场理论为核心的人工源频率域测深方法中的一种。根据实验证明，一切电磁现象都服从麦克斯韦方程组，该方程组实际上综合了一切电磁现象的相互作用。其在国际单位制中的公式形式为：

通常为了计算方便，常常在各项同性介质中引入介质方程组：

（三）可控源音频大地电磁法的具体运用实例

该法在内蒙古朝不楞深部铁锌矿体勘探定位预测中得到了成功的运用，在勘探中，勘探人员在矿区设置了几条控制性可控源音频大地电磁法测深剖面，最终依靠这一方法，解决了这一矿区的找矿问题。下图二是该法测得的综合断面图。

根据该图测量所得信息，钻探人员分别设置了ZK16和ZK18两个钻孔。其中ZK18钻孔在地面以下575m和625m处分别探测了厚度为5m和20m富铅锌矿体，这使得该区的探矿工作取得突破性进展。

三、结语

文章简要论述了两种深部铁矿勘探中的地球物理找矿模式，其中的可控源音频大地电磁法是比较常用的一种。在具体的深部铁矿勘探中，由于具体地质条件和矿产赋存状况存在具体差异，单一的物理找矿方法往往难以满足需要，因此，选择综合性的地球物理找矿方法，综合运用多种物理找矿方法是深部铁矿找矿模式未来的发展方向。也是保证深部铁矿勘探准确高效的途径。

参考文献：

[1] 韩浩亮，高永涛，胡乃联，等.可控源音频大地电磁法在金属矿山采 空区探测中的应用研究[J].矿业研究与开发，2011，31（6）.

[2] 郝俊杰，莘建宏，王全喜，等.河北南部邯邢式铁矿山深部与外围找 矿途径分析[J].矿产勘查，2012，3（3）：340-345.

[3] 黄略，金永新，侯永莉.吉林省白山地区磁异常解释推断[J]. 辽宁 工程技术大学学报（自然科学版），2009，4（增刊）：303-304.

篇9：利用三维地震资料探测煤层采空区

【摘 要】煤层被采空后就形成了煤层采空区，煤层采空区的地震探测是利用地震波的动力学特征和运动学特征。地震波在煤层采空区的响应特征是：煤层波的中断、消失，下层反射波表现出下拉的现象，沿层属性分析表现为能量的变弱等。本文给出了一个实例说明三维地震资料探测煤层采空区的实用性和有效性。

【关键词】煤炭；三维地震；煤层；探测；采空区

0.引言

地震勘探自问世以来，在构造勘探上取得了巨大的成功，现在煤炭生产基本上均在采用三维地震勘探技术和其成果，在地震地质条件适合的地区，三维地震勘探技术基本上可以查明落差大于5m的断层。但是对于采空区的探测是三维地震勘探的一个优势，尤其是在老空区、采空区的探测中，显示了三维地震勘探的强大生命力和高精度。

煤炭主要赋存于中生界和中生界地层中，这种地层结构对地震波的传播是有利的。

1.采空区的地质地球物理特征

1.1采空区的地质特征

煤矿采煤工作面内的煤层回采后，煤层上覆地层失去下部煤层的支持就要形成采空区，煤层采空区就要产生岩石的冒落，产生我们所说三带：冒落带、导水裂隙带和岩石位移变形带，在三带区的上覆岩层随之下沉，地面常能看到采空区下沉的痕迹，地面下沉一般表现为椭圆形凹陷。

1.2采空区的地震地质模型特征

煤层采空区产生的三带，三带岩石产生垮落与松动后，岩石孔隙度增加致使地震波速度下降，在三带区与冒落带、导水裂隙带和岩石位移变形带形成对应的煤层速度变小区。在采空区上方形成一个速度下降区，在煤层下方是高速区。在煤层上下方地震波速度形成一个低中高的速度变化区。

1.3采空区的地震时间场特征

对于一个水平的地质模型，煤层采空区产生的三带致使地震波速度下降后，在冒落带、导水裂隙带和岩石位移变形带形成对应的煤地震反射时间增加就是地层速度变小所产生的结果。

1.4采空区的地震波场特征

采空区的地震波场特征认识是大同矿区煤炭三维地震所要解决的重要前提。采空区在时间场上表现为采空区的时间下拉，在地震振幅特征上表现为政府变弱或空白。在时间剖面上表现为采空区同相轴的中端、错断或消失，在水平切片上表现为振幅值的减弱、反相等。

2.煤层采空区实例研究

煤层采空区产生煤层上覆岩层的坍塌产生上覆地层垮落、破碎和弯曲变形，地震波在采空区上覆地层传播过程中的由于速度减小、岩石孔隙增加而致使地震波的传播能量损失，在采空区的地震波往往呈现为零乱反射，采空区反射波的同相轴中断、错断或消失是其主要特征，由于采空区的速度变低使得反射波时间场出现下拉和延迟现象，一般情况下由于采空的影响时间向下延迟5-15ms。这些特征就是我们识别和解释采空区的依据，在研究区一个工作面的四周煤层没有采空，工作面内的反射波出现凌乱反射，反射波同相轴出现中断。从垂直地震剖面上，煤系地层、煤层等产生的地震波组均出现上述变化特征：反射波同相轴的突然中断、小时、延迟等。图2为煤层反射波的沿层振幅属性切片，根据图1和2，同时利用前述采空特征对本区地质地质成果进行了综合解释：中部存在煤层一个煤层采空区，解释的依据是在地震时间剖面的同相轴突然中断，在沿层振幅属性切片存在连片的弱振幅分布特征。

3.结束语

本文通过煤炭采空区地震解释的实例研究显示的采空区反射特征及三维地震解释采空区的应用表明，三维地震资料解释煤炭采空区效果显著。实际解释利用多种数据体的研究表明，相对波阻抗的地震道积分剖面更加有利于解释采空区，以三维可视化解释技术为主的多属性分析技术可以提高解释成果的精度。结合测井资料和地震资料的地震反演数据体，进行地震多属性分析技术，是提高三维地震勘探构造解释精度的手段，充分利用三维数据体的地层信息结合与钻井资料、测井资料及巷道实见资料综合研究矿井地质资料可以进一步提高煤矿地质成果的精度，为煤矿开采提供高精度的地质成果，实现煤矿的高产高效及矿山的地质安全及安全生产。

【参考文献】

篇10：铁矿采空区的地球物理探测

我国煤炭储量丰富，采矿技术发达，但也存在许多影响安全生产的危险因素，比如说矿井水害。本文就是希望从煤矿采空区的地质物理条件特征分析入手，选择合适的物探技术对其进行综合勘探，对采空区及其富水性的应用进行准确预测，从而取得较好的地质效果，为今后的煤炭矿井开采方案选择提供理论实践依据。

我国煤矿企业在进行了大范围的兼并重组后，希望通过规范生产和扩大规模来整合產业发展，从而开拓更好的发展道路。从技术层面看，发展物探手段，积极了解矿区内煤层的构造及赋存发育特征，是实现高效大规模开采生产的必由之路。为此，对煤矿采空区及富水性的预测，就成为了目前物探技术的发展关键。

一、采空区的地质物理特征

（一）关于地震反射

在煤层采空区，煤层的采挖是并不规则的，这是因为采空区的煤层会逐渐变薄，并且还会出现局部煤柱残留现象。如果从时间剖面的角度分析，那么它的反射波也会表现出同相轴扭曲，振幅也随之减弱甚至消失等情况。另外，由于采空区的存在，它打破了原有的地球物理应力平衡。所以开采工作会因为煤层厚度、顶板岩性的不同呈现不同的采空区状态。比如说范围内呈现腔状的顶底板悬空状态。另外还有在顶板岩完整稳定的状态下，采空区顶在上覆应力的作用影响下呈现弯曲，渐渐挤压闭合的状态。而一旦顶板出现冒落情况，采空区会被岩石碎块、碎屑或煤屑等混合物填充，其密闭性小于煤层的空气与水混合充填状态等等。所以说，煤层与采空区的接触边界两侧也会出现明显的密度差异，它为利用地震地质物理技术探测采空区提供了物理学依据。

（二）采空区及其富水性的电性

当矿区实行大面积采空作业时，采空区及其上地层的电性特征就会发生明显变化，它的主要表现为：首先，煤层采空区在冒落带区域会出现与原采空区地层不同的特质，即它的岩性会更加疏松，相对密实度也会有所下降，同时它的传播导电性也会随之降低，呈现高阻异常的状况;其次，采空区原有的裂隙带不会发生岩性方面的变化，但是裂隙带的内岩石会产生裂隙发育，这种情形会导致岩石导电性的降低，从而提高它的电阻率。所以如果采空区内的冒落带在10米以上的高度，它内部填充物的电阻率就会升高并高于其它周围介质;最后，如果采空区出现大量充水状况，那么采空区岩层的导电性也会因此而变强，与此同时，岩层的电阻率会明显减小。

二、综合物探技术的相关评价

就目前来看，我国在采空区探测方面存在多种综合物探技术手段，他们在技术层面各有优势，也存在问题。比如说较为流行的地震勘测、高密度电法、瞬变电磁法等等。本文将主要介绍这三种物探技术手段的优势与劣势。

（一）地震物探技术

地震物探技术所利用的并不是真实的地震，而是由人工制造的仿地震波。这种地震波会引起对煤层采空区上覆岩层的破坏，同时，地震波的强吸收衰减性，也使得采空区的反射波回馈频率有所降低，使得采空区岩层的裂隙与围岩碎块产生波动无序甚至畸变。而相对来说，采空区下部岩层却没有明显变化。所以当煤层采空区顶板遭到破坏后，就应该通过其剖面反射波组的变化情况来判断煤层采空区内部结构的各种低频干扰，从而识别煤层采空区的实时状态。相对而言，这种物探方法的缺点也很明显。由于煤层采空区在受到强烈地震波坍塌之后，它的上覆岩层会遭受严重破坏，这时采空区的上层冒落带和裂隙带就会形成一个具有深层裂隙高度的破坏带，它对地震波的传播反馈会产生相当影响。这种影响甚至可以导致勘测者对于采空区的实际大小和异常大小出现识别误差。这对查明采空区区域的富水性也有严重影响。

（二）高密度电技术

高密度电技术的主要目的是向地下供应高压直流电，靠测量和改变电机探测电性异常来引发电流场出现畸变。它可以一次性进行多装置的数据采集，并通过计算比值参数来凸显异常信息存在的各种特点。与电阻率物探法相同的是，它也通过采空区岩层的电阻率作为评判标准，所以也可以说，高密度电技术的根本就是电阻率法。这种方法的优势就在于对一些浅层地质的异常分辨能力相当强，而且具有良好的抗扰能力。但是它的缺点就是很容易受到高电阻屏蔽的影响，只能勘探较浅（不高于200m）的深度，再深层勘探分辨率就会极具下降1/3甚至1/2左右。

（三）瞬变电磁技术

瞬变电磁技术与地球物理电磁感应探测有关，它基于时间域，由人工完成。在此种方法中，不需要进行低回回线甚至接地线源的连接，它会自动向地下发送一组脉冲电磁场，然后利用线圈来观测和感应脉冲电磁场的地下涡流，从而解决一些电磁场中所出现的地质问题。这种方法对地质体的反映相当灵敏，而且具有很高的纵横向分辨率。它的勘测深度范围大，可以从100m～500m，而且它不会受到高电阻率的影响，工作效率极高。对于一些含水地质体来说，它能够快速发现采空区积水区中的电性异常反应。但同时它的缺点就在于对高阻地质体反映性差，这一点和高密度电法类似。

（三）相关应用案例分析

选择某矿区的采空区进行地震勘测物探，从而确定采空异常区的分布范围。考虑到该矿区中所设计的巷道在采空异常区边缘，所以可以考虑使用高密度电法进行相关的富水性探测。当巷道进入异常区内则可以进行矿井的瞬变电磁法探测，此时就可以证明该矿区的富水区是存在的。在进行仿地震波的地震勘测实验时，观察煤层及采空区的剖面，会发现它们的特征较为突出，而且很容易进行定性。此时的瞬变电磁测线会在多测道剖面上呈现700～900m的高电压，也就是双峰异常状态。此时应该根据电阻率的拟断面来判断采空区的电阻率特征。正常情况下应该表现为低阻高压，而且它的异常定性是多解性的。整体来看，整个采空区的高层和中层都处于低阻异常区，所以也可以推断这两处均为采空层的富水区。在巷道中，电阻率的等值线具有较为均匀的变化，而且没有出现明显的低阻异常扰动现象，这就表明了该探测范围内地层的连续性较为良好，基本没有明显的富水地质构造或者采空积水区。

总结