高密度电法在矿山地质勘查中的应用效果.pdf

世界有色金属 2021年 1月上112 地质勘探 Geological prospecting 高密度电法在矿山地质勘查中的应用效果 侯明利，李美英，赵同寿 （新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局物理化学探矿大队， 新疆 昌吉 8 3 1 1 0 0 ） 摘 要 根据高密度电法成果基本查明矿区浅部不同地层、 隐伏断裂以及富水区域的地电特征， 评价出对矿坑充水有 较大影响的破碎岩层及构造破碎带的位置、 规模、 性质、 导水性。 文章分析破碎岩层对矿山开采汇水的影响， 结合矿区 地球物理特征， 矿山开采工作中注意对井下含水层的影响。 关键词 高密度电法 ； 矿山地质勘查 ； 断裂构造 中图分类号 P 6 3 1 . 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 2 1 ） 0 1 - 0 1 1 2 - 2 Application effect of high density resistivity in mine geological exploration HOU Ming-li, LI Mei-ying, ZHAO Tong-shou P h y s i c o c h e mi c a l p r o s p e c t i n g b r i g a d e o f b u r e a u o f G e o l o g y a n d mi n e r a l e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p me n t o f X i n j i a n g Uy g u r A u t o n o mo u s Re g i o n , C h a n g j i 8 3 1 1 0 0 , C h i n a Abstract A c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f h i g h - d e n s i t y e l e c t r i c a l me t h o d , t h e g e o e l e c t r i c c h a r a c t e r i s t i c s o f d i f f e r e n t s h a l l o w s t r a t a , h i d d e n f a u l t s a n d w a t e r r i c h a r e a s i n t h e mi n i n g a r e a a r e b a s i c a l l y i d e n t i f i e d , a n d t h e l o c a t i o n , s c a l e , n a t u r e a n d w a t e r c o n d u c t i v i t y o f t h e f r a c t u r e d r o c k s t r a t u m a n d s t r u c t u r a l f r a c t u r e z o n e w h i c h h a v e g r e a t i n f l u e n c e o n t h e w a t e r f i l l i n g o f t h e mi n e p i t a r e e v a l u a t e d . T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e i mp a c t o f b r o k e n r o c k o n mi n i n g w a t e r c a t c h me n t , c o mb i n e d w i t h t h e g e o p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e mi n i n g a r e a , p a y a t t e n t i o n t o t h e i mp a c t o f u n d e r g r o u n d a q u i f e r i n mi n i n g w o r k . Keywords h i g h d e n s i t y e l e c t r i c a l me t h o d ; mi n e g e o l o g i c a l e x p l o r a t i o n ; f a u l t s t r u c t u r e 1 矿区地质特征 1.1 地层 矿田地层区划属塔里木南疆地层大区 （Ⅳ） 、塔里木 地层区 （Ⅳ2） 、塔里木地层分区 （Ⅳ22） 中的拜城地层小区 （Ⅳ22-1） 。区域内主要沉积了中、新生界的地层，以侏罗 系、 第四系为主。 1.1.1 侏罗系下统塔里奇克组 （J1t） 该组为一套河流相及泥炭沼泽相， 岩性以砂岩、 粉砂岩 夹矿层组成 [1]。 为南疆地区主要含矿层位之一， 含多层工业 矿层， 厚73m420m。 下与黄山街组为整合接触、 上与下侏 罗统阿合组为平行不整合接触。 本组总体有三个由粗到细的旋回组成， 每个旋回下部由 绿灰色、灰色砂岩、砂砾岩组成，具有交错层，为河流相沉 积，上部由灰黑浅灰细砂岩、粉砂岩、泥岩、可采矿层组 成， 为泥炭沼泽相。 1.1.2 侏罗系下统阿合组 （J1a） 该组由于矿石坚硬、 单一， 在区内常构成陡峻的单面山。 又称作 “标准砂岩层” ，为一套河床相或河流三角洲的粗碎 屑岩建造， 为A组矿层间接找矿标志。 区域内岩性、 岩相变 化不大，区域上夹泥岩及矿线。厚度一般200m517m，一 般为200m300m， 变化总体趋势是东厚西薄。 1.1.3 侏罗系中统阳霞组 （J2y） 该组为一套由河流相、泥炭沼泽相、湖泊相组合的陆 相含矿地层。该组含多层工业矿层，主要由灰白、黄灰绿 色粗砂岩、砾状砂岩与灰绿色细砂岩、粉砂岩及炭质泥板 岩和矿层组成。为南疆地区主要产矿地层之一。含有丰富 的植物及少量孢粉化石。区域上，厚度变化是东厚西薄， 厚度 212m628m，一般为 500m 多，下与阿合组 （J1a） 整合接触。 本组按矿物特性可分为四段， 自上而下分别为 炭质泥 板岩段、 B含矿段、砂砾岩段、下含矿段。炭质泥板岩段为 本区标志层，为一套湖泊相，岩性为黑、灰黑色泥板岩、泥 质粉砂岩、粉砂岩。其余三个岩性段，由于划分不一，故合 并为含矿段 [2]。此段岩性特征是上、下细而中间粗，如结合 阿合组看， 本区下侏罗统由下而上明显构成粗细粗细 两个完整旋回。 本组工业矿层赋存于B含矿段一般有1 ～ 4 层， 总厚2m7m， 其特点是矿层单层少， 但厚度大。 下含矿 段不含工业矿层均为矿线或无价值的薄矿层， 但层数众多， 具河流相的典型多阶特点。 1.1.4 第四系 （Q） 第四系上更新统全新统洪冲积层 （Q3-4pal） 仅分布 于矿区南部， 组成河漫滩及一级阶地， 部分地带可能有沼泽 分布， 并有盐渍化现象。 厚数米至十余米， 表面发育有土壤 层， 下部主要由卵砾石、 砂松散堆积而成。 沼泽沉积层 （Q4h） 仅分布于矿区内东向冲沟侧， 多呈 条块状， 见有泉水出露， 地下水位埋深较浅。 地层岩性主要 为粉土、 粉质粘土、 淤泥， 普遍有腐植层， 饱含水分， 富含植 物根系， 厚度0.3m1.2m。 1.2 构造 矿区构造总体较简单， 受区域断裂阿一断层和阿二断层 的影响， 主要发育有东西向、 近东西向断层和北东-北东东 向、 北西-北西西向三组断层。 断层构造主要发育于中北部 ZK301号孔和ZK1303号孔联线的北部， 南部和东部小断层 较发育， 中部、 中南部及西部断层不发育。 2 调查矿区的地球物理特征 矿区整体地势较平坦， 地形地貌受后期矿业开发影响较 收稿日期 2 0 2 0 - 1 2 作者简介 侯明利， 男， 生于1 9 8 7 年， 汉族， 本科， 地球物理工程师， 研 究方向 固体地球物理勘查。 万方数据 2021年 1月上 世界有色金属 113 地质勘探 Geological prospecting 大， 本次物探工作主要集中在采坑西部的防洪景观大坝， 该 区域出露地层， 主要为第四系沼泽沉积层、 第四系卵砾石层、 侏罗系阿合组地层、 侏罗系塔里奇克组上段、 侏罗系塔里奇 克组下段等， 矿石电性根据外部物理条件的变化存在一定的 变化。 当外部物理条件理想时及受后期构造破坏较小时， 其电 性一般变化规律为老地层电阻率大， 新地层电阻率小。 当局部矿层充水、错动、破碎、断裂构造发育时，电阻 率会发生明显的变化， 在本区细砂岩含水性优于粗砂岩优于 砾岩， 所以其电阻率会逐渐下降。 构造发育的附近， 或者出现层位错动、 或者地层产生褶 皱变化、 或者岩溶发育地带等。 这种变化一般都伴随着一定 范围的地层裂隙发育， 从而为地层水体的富集提供了有利空 间。 当裂隙充水时， 在纵向和横向上都打破了原有电性故有 变化规律， 呈现相对低阻。 电法勘探正是利用岩层之间及岩 层与异常体之间的电性差异， 来区分不同的地质岩层、 划分 低阻异常， 分析测区水文地质情况。 3 矿山勘查区采用高密度电法进行探测时工作参数 选择 本次勘查区高密度电法采用WGMD-4型二维集中式 高密度电阻率仪进行野外数据采集。 本次勘查区拟采用温纳 α装置。 在高密度电阻率法中，由于温纳装置与异常对应关系 好， 是常用的装置之一。 最早的高密度电阻率法一般使用三 电位电极系。 所谓三电位电极系就是将温纳装置、 偶极装置 和微分装置按一定方式组合后构成的一种测量系统。 这是由 于电极转换需要时间， 因此当连接好等距的AMNB四个电 极后， 可以作三次组合， 依次构成温纳装置、 偶极装置和微 分装置，或称为温纳α装置、温纳β装置和温纳γ装置。 这样在某一测点就可以获得三个电极排列的测量参数。 温纳装置对电阻率的垂向变化比较敏感， 一般用来探测 水平目标体。 温纳装置的装置系数是2πa， 相比于其它装置 而言是最小的。 因而同样情况下， 可观测到较强的信号， 可 以在地质噪声较大的地方使用。 另一方面， 由于它的装置系 数小， 因此在同样电极布置情况下， 它的探测深度也小。 另 外， 温纳装置的边界损失较大。 4 典型剖面的解释 6线位于工区南部， 方位角60， 剖面由西向东主要为 河漫滩、 人工大坝、 塔里奇克上段地层。 本次高密度测深工 作成果如图56。 200440点近地表 深度范围约0m15m，主要表现 为低阻异常， 电阻率在200Ωm以下， 异常呈连续的层状 展布于近地表， 推测为人工堆积的废料、 沼泽沉积层的电性 反映。 460510点浅部 深度范围约10m20m， 主要表现为 高阻异常，电阻率在400Ωm1000Ωm之间，异常呈 层状展布于浅部， 第四系卵砾石的电性反映。 080 点 主 要 表 现 为 中 阻 异 常，电 阻 率 值 在 250Ωm400Ωm之间， 异常形态变化均匀， 推测为阿 合组砾岩的电性反应。 80200点 上部主要表现为高阻异常， 电阻率形态不 规则，呈 “团块状” ，推测为不含水的塔里奇克组上段的细 砂岩的电性反映 ；下部主要表现为低阻异常，电阻率值在 200Ωm以下，异常形态变化不大，推测为塔里奇克组上 段细砂岩的电性反映， 该套岩性赋水性强， 周围又有一定的 水源供给，故该矿山勘查区地层深部可能含有一定的地下 水。 200500点中深部 上部主要表现为层状高阻异常， 电阻率在400Ωm1000Ωm之间， 推测为塔里奇克组 下段砂质砾岩的电性反映， 电阻率增大的原因是该处地层完 整性较好， 裂隙发育较少的缘故。 下部主要表现为中低阻异 常， 电阻率值在100Ωm200Ωm之间， 异常形态变均 匀， 推测为塔里奇克组下段砂质砾岩的电性反映。 其深部有 电阻率降低的趋势， 推测为其中含有一定的粗砂夹层有一定 的破碎充水所致。 图1 6线高密度成果图 5 结论 （1） 该区地层电性整体上有明显的层状分布特征， 异常 产状表现顺层的特征， 不同地层引起的电阻率异常整体上有 明显的界线。 （2） 矿区断裂构造或者地层间错动比较明显。 由本次高 密度测深工作结果可知， 测深断面纵向上虽然分层性明显， 但是F9断裂附近电阻率异常等值线，形态明显发生改变 ； 说明断裂F9对该区地层有明显的破坏作用， 成为了有利的 导水、 储水空间。 （3） 该区塔里奇克组上段砂岩以及下段的粗砂岩电阻率 明显低于背景电阻率， 说明了该类矿石含水性好， 并且该区 后期构造活动比较发育， 为水源提供了良好的储存空间和补 给通道， 推测该处深部含有一定含量的地下水资源， 后期开 采过程作中应注意这一影响。 [1] 庞有炜,张鸥,冯化鹏,陈挺.高密度电法在川东南地区乌木勘查中的 应用[J].四川地质学报,2019,39S1209-211. [2] 段凌峰.高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用[J].西部资 源,201903173-174. 万方数据