在矿山水文地质勘查中综合物探技术的应用探析

彭同强，綦祖兴，孙 林

（1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250014；2.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014）

矿山水文地质勘查是矿山开发及开采中的一个重要环节，是一项非常重要的工作。由于矿山水文地质的复杂性，在勘查过程中常存在着透水等安全事故，从而增加勘查工作危险性。随着地质勘查事业快速发展，勘查技术也得到了极大发展，为勘查工作提供了更有力技术和安全保障。而综合物探技术作为一项现代化勘查技术，其在矿山水文地质勘查工作中的应用不仅有效降低了地质勘查的难度，而且大大提高了勘查工作安全性及勘查精确度，在推进矿山水文地质勘查事业发展中发挥了重大作用[1]。

1 综合物探技术概述

综合物探技术是基于物理学中的力、声、光、热、电、磁等理伦，是集地质学、物理学、数学及计算机等多学科为一体的边缘学科，其在矿山水文地质勘查工作中应用具有快速、全面、准确、勘查精度高等特点，是目前矿水水文地质勘查工作中的重要应用技术，进一步推进综合物探技术发展及提高其在矿山水文地质勘查中的应用更是具有深远意义。综合物探技术在水文地质探测、地质探测及考古行业探测中都有重要应用，而且随着综合物探技术不断完善和发展，其应用范围也在不断扩大，有力推动了各项地质探测工作的发展。

综合物探技术在矿山地质勘查中有着突出应用优势。通过运用综合物探技术及其核心功能利用，不仅你能够对浅层地质环境参数进行基本侦测，而且还能够有效完成不同深度地形及其稳定参数的勘测，进而在此基础上进行更大范围及更大深度侦测和探索工作。其次，综合物探技术在实际应用中能够很好适应不同矿山地势，受到地势因素影响非常小。另外，综合物探技术还具有操作简便、周期较短及设备使用成本相对较低等特点，在矿山水文地质勘查工作中应用该技术能够更好应对不同精度参数勘测要求，快速开展不同地势勘测，提高矿山水文地质勘查效益。

2 综合物探技术在矿山水文地质勘查中的应用

2.1 地震勘探技术

地震勘探技术是目的地质勘查工作中应用非常广泛的一项综合物探技术，其在实际应用中主要由三个环节构成，即野外资料收集、资料处理及资料解释。其中，在野外资料采集中，工作人员会利用人工激发地震波的方式形成地震波，然后根据地震波在向下传播过程中遇到不同介质底层出现的不同反射和折射情况来对矿山水文地质概况进行分析。而在地震勘探技术资料解释中，主要是根据资料对矿区主要采煤层的各顶层主要组成进行更深入分析，并根据地震勘探结果以地震勘查技术对波进行追踪机对比，进而从反射波强度、连续性及相位等详细进行地质特征分析。地震勘探技术在实际矿山水文地质勘查工作中的应用，首先要考虑矿区实际地质条件，通过现场全面勘察准确掌握各项数据，以合理设置地震勘查线，根据有关技术要求开展矿山地质勘探工作。其次，要正确选用检波器。一般情况下多选用4规格相同检波器，并采用两串两并应用方式。另外，要保证数据观测系统接收道间距为5m，炮间距为10m，总数量为96道。此外，地震勘探技术中采用的是中间不对称激发方式，且通常结合不同勘测区域选择不同激发方式，而常用的则主要是井炮震源激发和可控震源激发两种方式[2]。

2.2 瞬变电磁技术

瞬变电磁法也是综合物探技术的一种重要形式，在原理本质上可以理解为时间域电磁法。瞬变电磁技术的原理主要是把不接地回线或接地导线当成场源，并想起内部通入脉冲电流，从而使勘测目标产生二次电流，然后通过改变勘测时间对二次场随时间变化产生的不同结果进行观察和分析，进而得出被勘测地质的情况。相对于其他勘测技术而言，瞬变电磁技术具有分层能力强、穿透性佳等特点，而且能够同时测量和测探剖面，因此能够在更大程度上提高矿山水文地质勘探精准度及工作效率。瞬变电磁技术在矿山水文地质勘查中的有效应用，主要是一般情况下矿井田地质构造的电阻率与周围其他介质电阻率是有一定差异的，一般含水断层电阻率较低，而寒武系岩层电阻率通常高于其他岩层。瞬变电磁技术在具体施工应用中，要先在矿景区内设置规定数量的主测线、地震勘测线及加密线，部分线可以与地震勘测线重合。其次，在真正勘测前要对所用到的设备及仪器进行试验测试，以确保和提高勘测结果精准度。此外，要利用规定大定源回线勘测装置发射线框过程中，要对发射电流、频率及接收线圈直径等进行严格控制，以确保地质勘测精准度[3]。

2.3 探地雷法技术

探地雷达是目前探测地下目标的有效手段，是一种无损探测技术。相对于其他长队地下探测技术来说，探地雷达技术具有探测速度快、探测过程连续、分辨率高、操作方便灵活其费用低等优点，是目前工程勘察领域中应用非常广泛的一种探地技术。探地雷法技术自动化程度高，能够更为有效分析不同地质参数要求，提高核心操作的核心效率，并满足不同勘探环境要求。基于探地雷达技术这些优点，其在矿山水文地质勘查中的应用能够更好开展断层、采空区等地质情况分析，从而提高矿井开采安全性。

2.4 矿井直流电技术

在地质结构复杂的地区应用矿井直流电法开展地质勘探，能够有效保证勘测结果精准性。随着矿产开采规模不断扩大及深入，矿产开发地区地质条件变得越来越复杂，运用传统物探技术已难以高效、准确地开展地质勘测工作。而矿井直流技术作为全空间电法勘探的一种重要技术，其主要通过对矿产岩石电性物力特性进行研究，进而对不同岩石电性差异进行分析，在此基础上再运用电场相关理伦来研究分析矿井水文地质状况，高效、高质量完成复杂地区矿井水文地质勘测工作。

2.5 电流透视法

在进行矿山水文地质勘查过程中运用电流透视法能够全面探测地质结构，并且能够购销探测到部分岩石内部的地质构造以及含水情况。如此一来就能够有效弥补使用电流法探测时没能全面测量到部分岩石内部情况的问题。在运用电流透视法实施勘查过程中还是需要重点对电流的变化进行研究，从而结合实际电场变化来定量分析地质结构。在实际勘查过程中运用此方法时还需要尤为关注外次磁场，防止其对测量电场产生影响。如若受到外来磁场的影响会导致天然磁场出现波动，从而有感应电流的产生，这样一来便会致使电磁场发生改变，降低实际形成电场分布图像的清晰程度，从而影响到后续图像以及数据资料的分析[4]。

2.6 瑞利波法

运用刺种方法能够全面探测实际所需勘查的地质情况。详细来说其工作机理在于根据瑞利波的衰减来有效探测岩石的断层情况。再具体探测环节，凭借在岩石中瑞利波的船舶速度以及衰减情况来将断层实际位置明确下来。如若具体然测试瑞利波的传播速度降低或是频率大幅减小，就表明有断层地质结构存在于此地层中。并且能够按照频率衰减情况来将断层的程度以及其范围判断出来。

2.7 无线电波法

无线电波法的工作原理在于将高频率电磁波发射到地下，按照电磁波的实际衰减情况来实时分析，从而实现探测的效果。当高频率电磁波透过岩石层的情况下，，有部分会被岩石磁场吸收掉，从而出现了电磁波衰减的情况。并且相较于断层来说一般的岩层电阻绩效，只有碰到断层的情况电磁波才会产生大幅减小的情况。所以在进行矿山水文地质勘查工作时能够结合电磁波的衰减情况来将岩石的断层情况判断出来。如若要求掌握实际断层所处位置，还要求工作人员能够利用计算机来对电磁波的衰减曲线实施处理与计算方可得出。不过该种方法实际计算所得位置仅能够将断层位置的范围大致确定下来，结果精准程度不高[5-7]。

2.8 井下三维电法

该项方法具体是基于电源电场理论上发展所得的一项探测方式，利用其能够准确的探测到煤层周边的低阻富水区。在具体作业环节，工作人员显示采取高密度电法仪的探测方式来对工作面井道的一圈大小实施测量，进而结合具体测量所得结果来实时计算，获得工作面底板视电阻值，同时已能够科学解释三维成像。如，某一矿井开采单位在实际勘查过程中，曾经探测带工作壁板一下100m，便能够利用高度密度法来实现提前预测，通过和地层情况相一致的视电阻率分布的三维数据，获知地质规律和实际探测结果存在差距，探测分辨率有待提高。因此在后期作业时要求能够重新构建数学模型，同时能够按照实际所处地区的情况来采用相应的综合方法，以确保矿井的安全。

3 综合物探技术在矿山水文地质勘查应用中要注意的问题

3.1 准确掌握综合物探技术应用原则

综合物探技术在矿山水文地质勘查中有突出应用优势，但其在实际中的应用也有一定的原则。首先，综合物探技术应用应遵循从简至难原则，具体而言就是在勘探信息获取中应从点到线、从线到面，进而获取更多矿山水文地质信息。对于勘测获得的各项数据信息要如实、完整记录和保存，并根据实际勘探需要合理选择技术参数，建立地球物力模型。其次，矿山水文地质勘测前要全面了解勘察地区岩层与地质特点，根据实际及已知信息条件下选择合适勘探技术，有效收集和处理参数信息，根据数据分析结果对地质特征进行科学推测，确保勘测信息准确性。

3.2 物探措施的选择及方法的组合应用

在运用综合物探技术开展矿山水文地质勘查工程中，物探措施的选择非常关键。为确保矿山水文地质勘查工作有效开展，应根据实际矿山地质条件选择合适的勘探技术，并通过多种勘测技术及方法的结合应用来提升地质勘探的准确性及可靠性。由于矿山水文地质通常非常复杂，在实际勘查中很多时候需要组合应用多种综合物探技术来完成勘查工作，因此综合物探技术组合应用也是勘查中需要重视的一个方面。从目前来看，在传统勘探技术应用基础上，将地震法与可控因原大地电磁法的结合应用能够更好发挥勘探优势，实现缺陷互补，从而提升勘测精确度。总而言之，综合物探技术的组合应用需要根据矿山水文地质实际条件及勘测要求，这样才能更好完成地质勘查工作，满足不同矿山水文地质勘测需要，促进矿山地质勘查事业更好发展。

4 结论

总而言之，在矿山水文地质勘查工作中综合物探发挥了极为重要的地位，同时具有较大的发展潜力。这就要求相关工作人员能够在实际勘查过程中能够结合实际情况来采取相应的综合物探技术，以切实提高勘查工作效率与质量，为矿井的安全生产提供有效的信息保障。