小线框瞬变电磁法在河北某金矿采空区探测中的应用

刘春琦，解联库，万串串

(1.河北金厂峪矿业有限责任公司，河北唐山064307;2.北京矿冶研究总院，北京100160)

小线框瞬变电磁法在河北某金矿采空区探测中的应用

刘春琦1，解联库2，万串串2

(1.河北金厂峪矿业有限责任公司，河北唐山064307;2.北京矿冶研究总院，北京100160)

介绍了目前利用物探技术探测金属矿采空区的研究现状。分析了河北某金矿采空区的地质与电性特征，由于地形条件复杂，选择利用小线框瞬变电磁法对采空区进行探测，取得了较好的应用效果。

小线框;瞬变电磁法;金矿;采空区

河北某金矿位于唐山市迁西县。为了提高浅部资源的回采率，该矿拟对其浅部进行露天开采。由于历史开采形成的采空区威胁到露天开采的安全，需要对该露天坑范围埋深100 m以内的采空区进行勘查。

根据金属矿采空区的不同情况和不同的地表条件，诸多研究人员开展了应用高密度电法、地震映像法和瞬变电磁法等方法探测金属矿采空区的应用研究。闫长斌等(2005)提出以探地雷达和瑞雷波法为主的综合探测技术，探测厂坝铅锌矿的复杂采空区群，其探测效果有较高的准确度和精度［1］。彭朝晖等(2007)在对冀东地区沉积变质铁矿采空区的探测中，选用高精度磁法、电阻率剖面法、激发化法等方法，取得了较好的探测效果［2］。刘黎东等(2010)在邯长铁路涉县铁矿采空区的探测中利用高精度重磁测量为主的综合物探技术，取得了较为理想的应用成果［3］。门业凯等(2010)运用高密度电阻率法和地震映像法对露天铁矿采空区进行探测，推测出露天铁矿生产区域地下40 m范围内空区的分布特征，弥补了单一高密度电阻率法存在的探测盲区、易受干扰和单一地震映像法存在的定位复杂等不足［4］。杨义彪等(2010)运用瞬变电磁法对鞍山地区的某大型露天铁矿采空区进行了探测应用研究［5］。牛超等(2010)在对山东某金矿采空区现场探测过程中，选取了效果最为明显的三极观测装置，取得了较好的效果［6］。张善法等(2010)应用瞬变电磁法在山东某金矿尾矿库安全隐患排查中探测采空区，探测结果显示巷道为高阻异常区［7］。周楠楠等(2011)结合测区内铁矿采空区的特点，认为充水后的铁矿采空区的瞬变电磁响应会表现为低电阻值特性，磁异常特性表现为高磁背景下的相对低磁响应，使用V8电法仪对河北遵化地区的承唐铁路沿线区域铁矿采空区进行瞬变电磁的地球物理探测工作，并结合高精度磁法探测结果，划分出铁矿采空区位置［8］。韩连生等(2012)利用地震映像法对鞍山地区某大型露天铁矿隐伏采空区进行探测，取得了良好的效果［9］。包乃利等(2013)在岚县浅层铁矿采空区探测中，运用中心回线模式的纳米瞬变电磁，采用小线框+小电流+合理的采样间隔+浅层采样时窗的方法，实现对沉积变质铁矿浅层采空区的探测［10］。殷伟伟等(2013)研究了应用感应类电磁法探测铁矿采空区所表现出的地球物理特征，运用瞬变电磁法对山西省吕梁市岚县袁家村铁矿采空区进行了探测实证［11］。王华锋等(2013)以山东焦家金矿望儿山采空区为例，开展了以高密度电阻率法、地震映像和探地雷达探测为主的综合探测试验，试验结果经过钻探验证，效果良好［12］。

本文通过对金矿采空区的地质与电性特征分析，结合地表条件，利用小线框瞬变电磁法对金矿的露天坑区域进行探测与分析，解释结果与实际吻合较好。本论文的研究可以为类似金属矿采空区的探测提供借鉴。

1 地质与地球物理特征

1.1 地质概况

该金矿床产于冀东太古界迁西岩群变质岩系中，其主要岩性为斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩、硅质斜长角闪岩、石榴子石斜长角闪岩、混合岩化斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩及少量的磁铁石英岩。本区岩石混合岩化普遍，属区域性混合岩化作用，原地选择性重熔性质。此外，由韧性剪切作用形成的糜棱片岩在区内也有较多分布。矿体主要分布在糜棱片岩以及贯穿在其中的强烈韧性变形的石英脉、钠长石英脉及钠长石脉中。

早期的迁西运动在整个冀东地区形成宽缓的东西向构造，阜平运动构成一系列的南北向构造，而后期的燕山运动则以北东向的脆性断裂为主。多期构造的置换和叠加构成矿区的地质构造较为复杂。从总体看，矿区的主要构造是呈北北东向延伸的韧性剪切带及后期多组脆性断裂带。前者控制了金矿的分布及规模，与金矿化有密切关系，是本区最重要的控矿构造，后者则在前者基础上发展，或者对前者起破坏作用。

矿区内没有大的火成岩体，仅在矿区西部2 km处有燕山期青山口花岗岩体和西北部7 km处有贾家山花岗岩体。矿区内主要出露脉岩相岩石。各种脉岩产出顺序为伟晶岩脉→超基性岩脉(透辉石岩)→中基性岩脉(闪长岩)→钠长石脉→石英脉→安山玢岩、煌斑岩脉。其中，与金矿化关系密切的主要有钠长石脉、钠长石英脉、石英脉，为成矿期形成［13－14］。

1.2 地球物理特征

在测区内，金矿矿脉的导电性好，在视电阻率值上应该为相对的低阻。当地下矿体被采出后，在岩体内形成一个有一定规模的空间，此时的采空区为空洞。在采空区不充水的情况下，从电性上分析，其电阻率表现为高阻反映;在采空区充水的情况下，其电阻率值应该为低阻反映。

在勘察范围内，采空区都不充水，依据采空区电性特征，查找本次金矿采空区的问题实际就是寻找高电阻率异常的问题。

综上所述，就矿区地质、电性特征分析，用电法探测采空区及相关情况，具有一定的电性前提条件。

2 方法仪器选择与工作布置

测区位于金矿的露天坑区域，地形陡峭，地表基本是垮落与剥离的碎石(见图1)，接地效果极差，结合采空区勘查任务，选用瞬变电磁法进行本次勘探。地形陡峭，大框的瞬变电磁法也无法开展工作，因此选择了小框瞬变电磁法。

图1 测区地表情况Fig.1 Surface conditions of test area

本次瞬变电磁法勘探的基本线距为20 m，基本测点间距为2 m，由于受地形陡峭与地面碎石堆的影响，有些区域未能布置测点。本次探测选择了EMRS-3型瞬变电磁法仪，采用3 m×3 m的小线框进行工作。

3 探测结果分析

根据已有的地质与采矿资料，选择10勘探剖面作为试验剖面线，其物探测线编号为180线。试验剖面线视电阻率等值线剖面图见图2。将视电阻率等值线剖面图与勘探剖面对比分析，认为金矿矿脉表现为相对低阻，勘探范围内采空区没有积水，采空区表现为相对高阻，采空区视电阻率值在22 Ω·m以上。根据试验剖面，确定采空区物探异常的解释原则为:1)视电阻率值在22 Ω·m以上;2)视电阻率等值线比较集中，有突变的地方;3)有矿脉的地方。同时满足上述3个条件，确定为采空区物探异常。

图3为160线视电阻率等值线剖面图。从剖面图上可以看出，+300 m以上为低阻层，根据采空区物探异常的判定原则，在314中段未见异常;在287中段80～90 m、100～140 m见明显的高阻封闭异常，推测为采空区异常;在262中段106～138 m见明显的高阻封闭异常，该异常与287中段上的异常贯通，推测为采空区异常;在223中段，视电阻率值较高，但视电阻率等值线比较平缓，未圈定采空区异常。

图4为340线视电阻率等值线剖面图。从剖面图上可以看出，+290 m以上为低阻层，根据采空区物探异常的判定原则，在314中段未见异常;在287中段也未见采空区异常;在262中段36～46 m、72～98 m见明显的高阻封闭异常，推测为采空区异常;在223中段高阻异常明显，并且与262中段的异常贯通，推测为采空区异常。

本次小线框瞬变电磁法探测结果与实际吻合较好，为后期采空区的防治提供了依据。

图2 试验剖面线(180线)视电阻率等值线剖面图Fig.2 Test profile(180 line)apparent resistivity contour section

图3 160线视电阻率等值线剖面图Fig.3 160 line apparent resistivity contour section

图4 340线视电阻率等值线剖面图Fig.4 340 line apparent resistivity contour section

4 结论与讨论

1)对于金属矿采空区的勘察，在露天坑等地形复杂的区域，小线框瞬变电磁法有较好的适应性，结合地质与采矿资料，通过实验探测，能取得更好的结果。

2)小线框瞬变电磁法在地形复杂的区域探测采空区有较好的应用前景，目前还需在采空区探测正反演理论、系统装置和测量参数等方面进行深入的研究，以提高勘察的准确性和精度，为矿企生产服务。

［1］闫长斌，徐国元.综合物探方法及其在复杂群采空区探测中的应用［J］.湖南科技大学学报:自然科学版，2005，20(3):10－14.

［2］彭朝晖，张家奇，肖金平.综合地球物理方法在冀东铁矿采空区勘查中的应用［J］.物探与化探，2007，31(4):354－357.

［3］刘黎东，李志华，郝明.高精度重磁技术在铁矿采空区勘察中的应用研究［J］.铁道工程学报，2010，145(10):8－10.

［4］门业凯，范广海，邵安林，等.露天铁矿采空区综合探测方法研究与应用［J］.金属矿山，2010(5):124－127.

［5］杨义彪，席晓风，范广海，等.瞬变电磁法(TEM)在露天铁矿采空区探测中的应用［J］.工程地球物理学报，2010，7(5): 589－593.

［6］牛超，朱鲁，翟培合.高密度电阻率法在金矿采空区探测中的应用［J］.山东煤田科技，2010(6):29－31.

［7］张善法，孟令顺，杜晓娟.瞬变电磁法在山东某金矿尾矿库安全隐患排查中的应用［J］.吉林大学学报:地球科学版，2010，40(5):1177－1182.

［8］周楠楠，薛国强，陈卫营，等.铁矿采空区的地球物理探测［J］.地球物理学进展，2011，26(2):669－674.

［9］韩连生，范广海，贾建军，等.地震映像法在铁矿隐伏空区探测中的应用研究［J］.工程地球物理学报，2012，9(4):469－472.

［10］包乃利，刘鸿福，余传涛，等.纳米瞬变电磁法在探测浅层铁矿采空区的实验研究［J］.地球物理学进展，2013，28(2): 952－957.

［11］殷伟伟，刘鸿福.瞬变电磁法探测铁矿采空区的应用效果［J］.安全与环境工程，2013，20(2):129－134.

［12］王华锋，刘荣泉，郑强，等.综合物探在金属矿采空区中的应用-以焦家金矿望儿山采空区为例［J］.地质与勘探，2013，49(3):496－504.

［13］赵福平，张明旭，温小亚，等.河北金厂峪金矿床地质特征及成因分析［J］.现代矿业，2011(11):34－37.

［14］付宇鹏.冀东金厂峪金矿床地球化学特征及成因探讨［D］.北京:中国地质大学(北京)，2012.

Application of small wire frame transient electromagnetic method in the goaf detection of a gold mine in Hebei Province

LIU Chunqi1，XIE Lianku2，WAN Chuanchuan2
(1.Hebei Jinchangyu Mining Co.，Ltd.，Tangshan Hebei 064307，China; 2.Beijing General Research Institute of Mining＆Metallurgy，Beijing 100160，China)

This study describes the current research status of the goaf in gold mine detected by geophysical techniques.Geological and electrical characteristics of the goaf in a gold mine of Hebei are analyzed.Due to complex terrain conditions，transient electromagnetic method with small wire frame is used to detect the goaf.This study has achieved good application effects.

small frame;transient electromagnetic method;gold mine;goaf

TD853.391

Α

1671-4172(2015)01-0025-03

刘春琦(1977－)，男，工程师，采矿工程专业，主要从事与采矿相关的生产管理工作。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.01.006