微动探测在铜陵某金矿采空区勘查中的应用_鲁杏.pdf

第 卷 第期 年月 ，中文引用格式：鲁杏，郭信，罗传华，等微动探测在铜陵某金矿采空区勘查中的应用工程地球物理学报，（）：英文引用格式：，（）：微动探测在铜陵某金矿采空区勘查中的应用鲁杏，郭信，罗传华，丁丹，余敏，崔先文（安徽省勘查技术院，安徽 合肥 ；安徽省地质矿产勘查局 地质队，安徽 铜陵 ）收稿日期：基金项目：安徽省重点研究与开发计划项目（编号：）第一作者：鲁杏（），男，高级工程师，主要从事地球物理勘查生产与科研工作。：摘要：近年来，采空区塌陷事故时有发生，采空区勘查的重要性越来越高，物探方法能快速、高效地查明采空区的位置、范围和边界等，可以为综合治理提供基础依据。本文以铜陵市某工程场地金矿采空区为研究对象，选用微动探测方法对该金矿地下采空区进行了探测。工作中，采用线性排列进行探测，对每个排列的数据采用扩展空间自相关法获取了每个测点的频散曲线，对频散曲线进行反演并通过插值计算，获得了剖面横波速度结构，圈定了个低速异常区，根据地质和钻孔资料并经综合研究，推断为采空区或破碎，经过钻探验证得以确认。本文微动探测结果表明，在存在严重背景干扰的城市开展采空区勘查工作，微动探测方法具有较强的探测能力和优势，可为本区的采空区地质灾害的勘查、治理提供基础资料。关键词：采空区；微动；横波速度结构中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：，（.，；.，）：，第期鲁杏，等：微动探测在铜陵某金矿采空区勘查中的应用 ，：；引言近年来，因采空区塌陷诱发的各种事故时有发生，造 成 了 巨 大 的 社 会 安 全 隐 患 和 财 产 损失，。研究如何有效解决采空区的勘查问题，对保护人民财产及人身安全具有重大意义，。地球物理方法以其普查范围大、速度快、价格低等优点在采空区的调查中得到了普遍应用，常规手段主要有高密度电阻率法、地质雷达法、浅层地震法及瞬变电磁法等，各种方法的适用性及效果也不同。地质雷达法探测深度较浅；浅层地震法在城市范围内受障碍物及背景噪声影响，施工困难；电法在城市中主要受到周围电磁场影响，干扰严重，施工困难。微动探测法具有施工简便，成本低，受周围环境影响较小等特点，在城市地下空间探测中有着极大优势，。该方法以平稳随机过程理论为依据，从微动信号中提取面波频散曲线，通过对频散曲线的反演得到地下介质的横波速度，从而进行岩性分层及构造分析。近年来，在地热勘查、隐伏构造勘查、采空区勘查等多个领域得到了广泛的应用，并取得了良好的应用效果 。铜陵市某金矿位于铜陵市铜官区境内，根据当地政府的独立工矿区发展规划，该金矿规划土地用途为二类工业用地。受矿业活动影响，采空塌陷、岩溶塌陷地质灾害易发。利用抗干扰能力较强、工作效率较高的微动探测方法对该金矿地下采空区进行勘查，可为采空区地质灾害的勘查、治理提供基础资料。工区地质概况2.1地层工区内出露地层主要为三叠系下统和龙山组、南陵湖组及第四系。三叠系下统和龙山组分布于场地中部，呈北东带状分布，岩性为青灰色条带状灰岩、泥质灰岩、钙质页岩互层，变质后为角岩与大理岩或矽卡岩，呈均匀细条带互层。三叠系下统南陵湖组分布于场地东部，为中厚层灰岩，变质后为大理岩，岩溶发育，尤其与岩体接触带或断层破碎带附近发育强烈。第四系在场地内普遍分布，成分以粉细砂为主，厚度一般为。2.2构造工区位于青山背斜的南东翼，区内次级褶曲、断裂发育。青山背斜是区内主要褶皱构造，长约 ，宽约，轴线总体走向 。工区位于该背斜近北东倾伏端的南东翼，为一单斜构造，地层走向北东 左右，倾向南东，倾角 。工区内还存在一近南北向破碎带，走向长大于 ，从地表延深控制标高在，向深部有继续延深的趋势，倾向东，倾角 。破碎带主要由角砾状石英闪长岩组成，角砾大小悬殊，棱角明显。破碎带中方解石脉、石英脉发育，且黄铁矿化、硅化较强，黄铁矿呈星点状、细脉状浸染状分布，并普遍具金矿化。2.3岩浆岩主要为闪长岩体，为燕山晚期岩浆活动的产物，工区内大面积出露，呈岩墙状产出，浅部岩石风化较强，具强烈高岭土化。2.4矿区采空塌陷情况根据以往勘探资料显示，场地内古掘遗迹普遍，曾有古人进行过开采，地下遗留有老隆空区，空区埋深一般在标高左右，距离地表较浅，易产生塌陷，地表稳定性差。金矿采矿活动于场地西北部形成大量采空区及开拓巷道，空区、巷道埋深较浅，采矿方法采用崩落法，空区顶板任其垮落，地表曾多次发生采空塌陷地质灾害。采空区、巷道围岩为石英闪长岩岩体，受区内褶皱、断裂构 工 程 地 球 物 理 学 报（）第 卷造影响，岩体破碎，易风化，空区积水进一步软化围岩，易产生塌陷，地表稳定性差。技术路线和数据处理3.1技术路线微动勘探的野外工作布置常有三角形台阵、圆形台阵、十字形台阵、形台阵、直线形台阵等，可根据实际工作中地形、环境等情况，灵活布设台阵。常用的提取面波频散曲线的方法有频率波数法（，）和空间自相关法（，）。采用空间自相关法提取频散曲线，一般来说对三角形台阵或圆形台阵效果较好。在实际工作过程中，往往受到地形地物的约束，没有足够的空间来布置这些台阵。为了解决这一问题，在空间自相关法的基础上进行了进一步改进，得到了扩展空间自相关法（，）。与空间自相关法相比，扩展空间自相关法的优势在于它对布阵方式没有约束，在复杂条件下的场地，可以根据实际情况相应布置成型、十字型、直线型，。本文微动探测点距为，采样率 ，采集时长约，排列长度 。所采用的仪器设备具有远程实时数据传输、实时监控、实时智能分析等功能，工作效率高；频带分布范围宽（为 ）；仪器采用完全节点式的数字检波器，采用特殊的外壳设计，解决了传统模拟检波器传输过程中被其他电磁信号的干扰以及道间串扰问题。3.2数据处理微动频散曲线的计算方法采用的是扩展空间自相关法。数据处理包括数据预处理、空间自相关系数计算和残差计算等。线 、四个点的频散能量图见图，从图中可以看出，频散谱能量集中度高，数据质量较好。图频散能量图 对频散曲线进行反演，可获得该测点地下各层的横波速度以及层厚度等地层信息。再通过插值计算，最终获得整条剖面的横波速度深度剖面图。具体数据处理流程见图。第期鲁杏，等：微动探测在铜陵某金矿采空区勘查中的应用图数据处理流程 典型剖面速度结构特征4.12 线速度结构特征线共完成微动测点 个，点距，测线长度，测线方位 。线的横波速度剖面见图，由图可见，整个剖面呈现上低下高的速度结构特征。地表至高程为低速层，推测为回填土的反映，高程，速度逐渐增高，推测为岩体的反映。根据波速特征，结合地质情况，圈定了个低速异常区，特征如下：低速异常：点号 ，高程 ，呈现西深东浅的形态，速 度 值 低 于 ；低 速 异 常：点 号 ，高程，速度值低于 ，呈现西深东浅的形态；低速异常：点号 ，高程 左右，速度值低于 。4.25 线速度结构特征线共完成微动测点 个，点距，测线长度，测线方位 。线的横波速度剖面见图，由图可见，整个剖面呈现上低下高的速度结构特征。高程为低速层，且西浅东深，图线横波速度剖面 图线横波速度剖面 推测为回填土的反映；高程，速度逐渐增高，推测为岩体的反映。根据波速特征，结合地质情况，圈定了个低速异常区，特征如下：低速异常：点号 ，高程，呈现西深东浅的形态，速度值低于 。4.3低速异常验证为了进一步说明上述个低速异常的可靠性，绘制了线 点、线 点、线 点和 工 程 地 球 物 理 学 报（）第 卷线 点的频散曲线（图），从图中可以看出，线 点在半波长、和 左右存在明显的“之”字形特点。同样地，线 点在半波长、线 点在半波长、线 点在半波长、也存在“之”字形特点。图个测点的频散曲线 将上述数个“之”字形特点与个剖面上的低速异常相对比验证，发现个低速异常均有“之”字形特征点与之对应，表明这个低速异常是可靠的。布置了个钻孔分别对 和 异常进行了验证，其中 异常的验证孔在 深度上为碎石和砂土（图），异常的验证孔在 深度上没有取到完整的岩芯样。物探和钻孔的共同验证下，表明上述个异常为采空区的概率较大。图钻孔岩芯照片 第期鲁杏，等：微动探测在铜陵某金矿采空区勘查中的应用 结论）应用微动探测方法共推断出采空区处，并采用钻探对 和 异常进行了验证，确认为采空区或破碎带。）通过微动探测方法在铜陵市某金矿采空区勘查中的应用，表明该方法提供的速度结构特征。可较好地圈定采空区，尤其是对脉型金矿这种规模相对较小、位置相对孤立的采空区探测，效果尤佳。微动探测所提供的物探异常，可为本区的采空区地质灾害的勘查、治理提供基础资料。）微动勘探方法无需人工震源，抗干扰能力强，工作效率高，具备经济环保的优点，可在城镇及其周边较好地开展工作，为矿山安全和城市开发建设提供可靠的技术支持。参考文献：张永双，孙 璐，殷秀兰，等中国环境地质研究主要进展与展望中国地质，（）：张扬，王璐，刘智慧，等多物探方法在胶东某金矿采空区勘查中的应 用研 究地质 与勘探，（）：范亮，荣毅瞬变电磁法在煤矿采空区的应用研究工程地球物理学报，（）：朱亚军，王艳新高密度电法和瞬变电磁法在地下岩溶探测中的综合应用工程地球物理学报，（）：李兆令，郭文建，王石氡气测量和瞬变电磁综合探测技术 在 煤 炭 采 空 区 调 查 中 应 用 工 程 勘 察，（）：赖刘保，陈昌彦，张辉，等瞬变电磁法在垃圾填埋场探测 中 的 应 用 分 析 工 程 勘 察，（）：余传涛，刘鸿福，张新军 双频激电法在圈定煤矿火区中的应用 物探与化探，（）：肖立锋 综合物探方法在采空区探测中的应用 工程地球物理学报，（）：付天光 综合物探方法探测煤矿采空区及积水区技术研究 煤炭科学技术，（）：陈江军，刘波，王鹏来，等 综合物探方法在石膏矿采空区探测中的应用研究 地球物理学 进 展，（）：孙勇军，徐佩芬，凌甦群，等 微动勘查方法及其研究进展 地球物理学进展，（）：赵东 被动源面波勘探方法与应用 物探与化探，（）：徐义贤，罗银河 噪声地震学方法及其应用 地球物理学报，（）：何正勤，丁志峰，贾辉，等用微动中的面波信息探测地壳浅部的速度结构地球物理学报，（）：徐佩芬，李传金，凌甦群，等利用微动勘察方法探测煤 矿 陷 落 柱 地 球 物 理 学 报，（）：陈实，李延清，李同贺，等天然源面波技术在乌鲁木齐城市地质调查中的应用物探与化探，（）：王振东面波勘探技术要点与最新进展物探与化探，（）：张建清，徐磊，李鹏，等综合物探技术在大坝渗漏探测中的试验研究地球物理学进展，（）：刘庆华，鲁来玉，王凯明主动源和被动源面波浅勘方法综述地球物理学进展，（）：蔡祖华，刘宏岳，郑金秋，等 微动技术在城市地下病害体探测中的应用研究工程地球物理学报，（）：