张哲
(辽宁省冶金地质勘查局物探测绘大队,辽宁鞍山 114001)
试论采空区综合地球物理勘察方法
张哲
(辽宁省冶金地质勘查局物探测绘大队,辽宁鞍山 114001)
本文结合多年铁矿采空区物探工作中的体会，对各种物探方法的应用效果加以对比、总结后，提出今后采空区物探工作的建议。首先对地质及地球物理特征进行介绍，对工作参数进行选择，对采空区的物探异常特征进行分析，对采空异常分类进行研究,并探讨奥陶系灰岩标志层的重要性。
采空区 综合地球物理勘察 铁矿 物探
1 引言
目前，在地面探测铁矿采空区较为有效的物探方法主要有瞬变电磁法、直流电法( 高密度电法、电测深等)、氡气测量法、地震反射法等。但采用其中一种方法往往难以取得明确、可靠的效果，一般利用综合物探方法才能解决问题。即使是同一种方法，也可选用不同参数展现或突出采空异常特征。笔者结合多年铁矿采空区物探工作中的体会，对各种物探方法的应用效果加以对比，总结出各方法获得的采空异常特征及最优探测方法组合，对今后采空区物探工作提出了建议。
2 地质及地球物理特征
工作区位于某市东北部，属于大地构造单元是典型的华北地台燕山台褶带（2级）马兰峪复式背斜（2级）遵化穹褶束倒转背斜（3级)的中东部，是由于局部台升造成隆起区得以出现。区内出露一套太古宙迁西群跑马场组深变质片麻岩建造。地层中赋存在着10多层磁铁石英岩，它们的薄厚不一样、规模也不一样，有的为透镜状、有的为串珠状。工作区内出露的岩体为二长花岗岩，面积大约是4k㎡，主要是工作区北部。
工作区内不同地层及矿体间磁性差异比较显著，第四系地层属弱磁性，片麻岩地层属中等磁性（J= 1～102SI)，花岗岩体属中等磁性（J=10～103SI)，铁矿属强磁性（J=102～106SI）。以上的磁性特性对应于航磁异常存在以下的规律：
（1）铁矿异常，剖面曲线尖锐，梯度陡，有负值相伴，异常呈狭长状，和含矿地层具有相似的走向；对应于地磁异常的特征为是铁矿与其围岩产状一致，通常有一定走向，矿体与围岩有比较明显的磁性差异，因此铁矿异常和矿体的形态有关联，通常为狭长状，许多异常属于北东走向，规律性强，异常北西端有负值相伴；
（2）磁铁矿和磁性岩层共同导致较大的异常面积，没有明显走向，异常梯度平缓，只在局部存在尖峰的现象，没有紧密的正负值关系；
（3）磁性岩体异常范围大，梯度缓，存在区域性，它的走向和片麻岩不一致，往往因为磁性矿物没有匀称的分布、也没有规则的外型，引起的磁异常规律性差，产生各种等值线形状，异常较宽缓，强度较弱，异常北端无负值相伴。
通过以上的磁性与其异常特性来看，进行开采之前，铁矿带来的磁异常具有以下的特性：有较强的规律、高的幅值、以条带进行分布，完成了开采之后，磁铁矿的不复存在，导致了磁异常不再出现。主要说明的为：这个区域许多铁矿都是北北东走向，西倾呈脉状展布，存在非常强的规律性，基于此现象，重点研究磁异常特点，再根据地质调查的状况，进行采空区分布的判断较为实际。在工区中，各种地层还有矿体之间激发出来的极化特性存在区别，磁铁矿归属于高激发极化特性，但是花岗岩体、第四系地层以及片麻岩地层都属于低激发极化特性。
3 采空区综合物理勘察方法
3.1 地球物理方法组合
冀东沉积变质铁矿和围岩进行对比来说，后者存在以下特性：高的极化率、高磁与低电阻率，在采空里面存在着矿柱，但是依然存在高磁和高极化率的特性，在不充水的采空区里面，经常存在高电阻率这一特性，但是在塌陷、充水的采空区里面，存在着低电阻率这一特点。因此进行勘查之时，能使用电阻率剖面法、可以使用高精度磁测法、也能使用激发极化法这一地球物理方法。
进行研究时候，要采用以下的思路：（1）对激发极化法、高精度磁测与电阻率剖面法进行采用，顺着高速公路中线两侧处于100 m的区域中实施扫面；（2）于圈定的异常区之中进行测线的加密，还要详查；（3）对区域地质背景进行分析，增设边界条件，进而阻止地球物理反演工作的多解性；（4）对采空区和未开采区的曲线进行比较，实施综合解释；（5）针对冀东沉积变质铁矿采空区的地球物理组合勘查模型进行构建。
3.2 异常规律
进行预查之时，在K9+900～K13+000及K4+100～K8+200两个区段需要投入如下的物探方法：首先是高精度磁测，其次是激发极化法，最后是视电阻率法，重点就区段之中电、磁异常的分布特点以及异常规律进行探讨总结，根据实地地质调查的状况，对工作区段内铁矿采空区的分布地段进行分析，给第二步详查工作带来了前提。
进行预查的前提之下，就主要确定的5区段重点使用高精度磁测以及瞬变电磁测深的两种方法实施测量工作，还要根据井下地质调查，就线路上的采空区实施空间定位。
全面分析了电、磁成果，在最后，和采空区有关联的异常存在下面的规律：
（1）铁矿进行了开采后，它的磁异常表现为矿异常特征，但是强度明显变低，比如K10+100～K10+500区段，极值仅为2000 nT；而未开采的铁矿，比如K10+600～K10+990区段，极值可达6000nT。
（2）针对磁测与视电阻率等值线平面图进行二者的比较，发现了和磁异常对应视电阻率为低阻显示，其估计因为铁矿体自身具有良好的导电性、也许是巷道充水，表现出低阻特征。
（3）激电异常和磁测异常中心没有全部的吻合，主要因为磁异常中心大致对应了矿头(矿体的浅部）位置，矿体浅部严重地影响异常，要是矿体埋藏深度处于增加状态，那么异常就会立即衰减。Gs异常体现为体积勘探结果，它的异常不但和矿体的整体产状要素存在联系，还和极化方向有着紧密的联系，就倾斜矿体来说，它的异常中心往往和矿体的中部对应着。所以电、磁异常的分布规律于采空区主要体现为：和没有进行开采时候对比，磁异常强度不高，电阻率呈现低阻反映，存在一定强度的极化率异常。
4 结语
虽然各种物探方法已在采空区探测中广泛应用，但仍不同程度地存在一些不足之处。由于物探工作属间接勘探手段，存在多解性，且瞬变电磁及高密度电法具有体积勘探效应，物探成果转化为地质成果后可能与实际情况存在误差。只有采用综合物探方法，才能取长补短，相互验证。此外，还必须加强采空区验证工作，及时了解矿方在采掘生产中发现的各种地质信息，以便于对物探资料的重新认识和解释，指导后续工作。
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