地球物理探测技术在矿山工程中的应用研究

聂庆雄 徐仰龙 井国骞

摘 要：地球物理勘探是一门综合性、实用性、应用型较强的专业。近年来，随着我国矿山工程建设的不断加快，地球物理探测技术也被广泛应用于矿山工程建设当中，既推进了矿山工程建设的顺利开展，也促进了地球物理探测技术的应用与发展。一批批新设备、新技术和新方法成功推广，为矿山工程设计、勘察、施工、后期评估提供了大量的数据信息，确保了矿山工程建设水平的不断发展。上述这些充分说明了地球物理探测技术的重要性，也在鼓励我们不断学习、不断探究地球物理探测技术在矿山工程中的应用。

关键词：地球物理探测技术；矿山工程；应用研究

近年来，随着我国国民经济的快速发展，各行各业对矿产资源的需求量不断增加，加强矿山工程建设成为缓解资源需求与保障能力之间矛盾的重要途径。然而，随着矿山工程建设不断推进，各种隐患和问题也逐渐涌现出来。因此，在工作中，需要我们加强物理探测技术的应用，充分发挥物理探测技术的优势，确保勘查工作的科学性与合理性，以提高工作效率和质量，为矿山工程建设提供重要的技术支撑，最大程度的确保生命财产安全，促进矿山工程建设的持续发展。

1 地球物理勘查的技术方法

地球物理勘查是以勘查对象的物理性质和数理理论为基础，以发现地球物理差异为手段，解释和推断工程地质勘察、区域地质调查和工程结构病害检测问题为主要任务的前沿地质学科。在矿山工程地质勘察中，地球物理探测技术扮演的角色越来越重要，现已成为主要勘查手段。

2 电法勘探方法在矿山工程地质中的应用

2.1 激发极化法在矿山工程地质中的应用

激发极化法是根据岩石、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一组电法勘探方法。常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等。也可以用使矿体直接或间接充电的办法来圈定矿体的延展范围和增大勘探深度。在实际地质应用方面，初期的激电法主要用于助A硫化金属矿床，后来发展到诸多领域，如工程地质问题等。近年来，激电法找水效果十分显著，被誉为“找水新法”。早在上世纪60年代，国外学者就提出了用激电二次场衰减速度找水的思想。而我国也开展了有关研究，就是利用其激电法找水或确定地层的含水性。

2.2 高密度电法在矿山工程地质中的应用

高密度电法指的是直流高密度电阻率法，但由于从中发展出直流激发极化法，所以统称高密度电法。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。我国是从20世纪末期开始研究高密度电法及其应用技术，从理论方法和实际应用的角度进行了探讨并完善。目前，高密度电法与常规电阻率法相比，高密度电法最大的优点是野外数据采集实现了自动化或半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。同时随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解释精度。高密度电法应用领域比较广，尤其在水文和工程地质勘查方面，一般与激发极化法相结合，这样不仅可以降低地球物理解释的多解性，而且还可以提高找水的成功率。高密度电阻率法在确定高阻或低阻地质体具有优越性，但低阻地质体并不代表富含地下水，可能是由于泥岩引起地层的电阻率下降。这时，可以通过使用激电法来区分含水地层和泥岩，因为激电二次场与岩石的孔隙有关，在纯粹泥岩中极化率比较小，在含水砂砾岩中极化率比较大。此外二次场的衰减速度也与孔隙的大小、形状和宽窄有关，这就是激电法找水的机理所在。

2.3 瞬变电磁法在矿山工程地质中的应用

瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。瞬变电磁法最初是由前苏联学者在20世纪30年代提出用于解决地质构造问题，在我国，该方法研究始于70年代，直到90年代后才逐步向工程检测、环境、灾害等应用领域发展。不过，虽然瞬变电磁法的工作效率高，但也不能取代其它电法勘探手段，这是因为瞬变电磁法当遇到周边有大的金屬结构时地面或空间的金属结构时，所测到的数据不可使用，此时应补充直流电法或其它物探方法。同时在地层表面遇到大量的低阻层矿化带时瞬变电磁法也不能可靠的测量，因此在选择测量时要考虑地质结构。因此，在测量过程中，要随时记录地表可见的岩石特征，装置的倾角以及高程，以便在后续的解释中，准确的划分地层构造。同时在进入工区前尽量寻找已知地层的基准点对仪器进行校准，以确保测量的准确性。

2.4 可控源音频大地电磁法在矿山工程地质中的应用

可控源音频大地电磁法是电磁法的一种，它的主要特点是用人工控制的场源做频率测深。采用人工场源可以克服天然场源信号微弱的缺点，但是波的非平面波特性决定了处理资料时的复杂性。可控源音频大地电磁法采用可控制人工场源，测量由电偶极源传送到地下的电磁场分量，两个电极电源的距离为1～2千米，测量是在距离场源5～10千米以外的范围进行，此时场源可以近似为一个平面波。由于该方法的探测深度较大，并且兼有剖面和测深双重性质，因此具有诸多优点。比如它是利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深，提高了工作效率，一次发射可同时完成7个点的电磁测深。并且它的高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层，与大地电磁法和音频大地电磁法法相同，可控源音频大地电磁法也受静态效应和近场效应的影响，可以通过多种静态校正方法来消除静态效应的影响。

结束语

总之，目前地球物理勘查法已经引进现代电子计算器技术，进一步压制干扰，提高分辨能力，提取更多的有用信息，发展反演的理论和技术，提高各类地质问题的地球物理解释、推断效果并不断提高地球物理数据处理的工作效率和图像处理技术。而地球物理勘探技术在未来发展趋势主要是向高精度、多功能、数字化和智能化的方向发展。同样，现代地质学理论的发展，也促使了矿山深部地质问题的研究愈显重要，而应用于这方面研究的地球物理勘探方法，已显示出其潜力和优越性。

参考文献

[1] 肖波.探讨地球物理探测技术在程勘察中的应用[J].科技广场，2015，（3）.