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            基于瞬變電磁法的深層礦體探測有效性研究論文

            發布時間:2022-05-07 14:02:51 文章來源:SCI論文網 我要評論














            SCI論文(www.0546wclm.com):
             
              摘要:隨著礦體探測范圍不斷擴大,復雜的地質問題也越來越多,深層礦體探測需要突破瓶頸,研究基于瞬變電磁法的深層礦體探測有效性。布置測網采集探測數據,讀取有用信號。應用相對介電常數處理數據,進行數據校正與去噪?;谒沧冸姶欧ㄗR別與分析異常區域,得到異常區域特征。經應用效果分析,本文方法所探測的深層礦體空間分布情況與實際地質情況基本一致,說明本文方法具有有效性。
             
              關鍵詞:瞬變電磁法;深部礦體;礦體探測;異常區域;探測數據;相對介電常數
             
              礦產資源是人類生產活動不可或缺的原料,隨著社會工業化進程不斷加快,對礦產資源的需求量逐步擴大[1]。在地質勘查工作的不斷深入的同時,許多近地表礦產和露天礦體已被發現,在近地表找到大型礦產的可能性越來越小,需要探測人員對未發現的資源進行勘探,往更深部尋找礦體。目前,礦山正面臨著資源枯竭,礦產埋深較大,野外條件復雜,探測難度大的問題。如何進行探測技術的升級和革新成為了礦體探測突破的關鍵。近年來,國家越來越重視對危機礦山的深部礦體探測,為了緩解資源危機,必須攻堅克難,借助其他方法和技術。瞬變電磁法是基于電磁感應原理,利用瞬變電磁場發射線圈的一種物探方法,不同地質體的信號,會產生不同的反饋信息,在有用的信號基礎上綜合推測引起不同地質情況的地質體[2]。瞬變電磁法具有諸多優點,最顯著的特點就是探測深度大,其電磁法的一次磁場發射線圈距離遠,同時探測的分辨率較高,如何運用此方法進行深層礦體探測,是目前重要的研究發展方向,對日后礦體的深部探測提供一定的參考意義。

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              1基于瞬變電磁法的深層礦體探測有效性
             
              1.1布置測網采集探測數據
             
              為了實現對深層礦體的精準探測,證明瞬變電磁法在實際應用中具有一定有效性,需要在執行野外探測作業前,根據瞬變電磁法的技術規程對電磁觀測參數的分析,結合研究區域的實際情況,進行區域測網與測線的布置。測線的布置一般要使測線方向與地質體走向有大角度交叉,盡量垂直于地層和礦脈走向,采樣間隔和瞬變頻點距要滿足探測精度的要求[3]。從地形角度出發,布置東西走向的測線共5條,在初查階段,線距不大于礦脈走向的長度,在二次探測階段的間距不應大于礦脈走向的一半,設置每條測線長60m,布置測點10個,將點距設為8m,在點據的設置上應保證區域內與4個異常記錄,選用較為適宜的回線組合裝置進行探測,結合使用的測網密度選定?;鼐€邊長需要根據探測礦體的規模、埋深以及典型作為參數進行數值模擬。利用回線裝置的探測一般進行前后兩次,在初查時應使線框不重疊,線框之間不留過大空隙,將線框邊長設置為與點距相同的長度。在此基礎上,選擇野外礦區作業的裝置與儀器,此次測量工作優選METW-01型號的瞬變電磁探測器、大功率發電設備(運行功率應>10.0kW)、信號發射機,同時,對接探測裝置與信號接收裝置,確保裝置保持同步運行且良好通信狀態。為了確保探測工作的實施可以達到既定效果,應在完成上述布置工作后,對布設的勘測環境與裝置進行運行檢測,確保裝置運行無誤,且可以實現對數據的反饋后,才能將其投入真實作業環境使用。在此過程中應注意的中心回線的選擇,此次探測作業前,選擇了大定源、重疊回線兩種不同型號的裝置,將發射線進行現場固定后,在線圈的有效接收范圍內對回線進行沿線移動檢測??紤]到礦體想野外探測作業區域的地質環境較為復雜,周邊地形與地勢的起伏變化較大,植被發育條件良好,而這些因素都是可能對測網測量反饋結果造成影響的因素。為此,在完成對地質作業環境的匹配后,優選大定源回線作為野外探測作業的主要裝置,并在區域內布置300.0m×400.0m或300.0m×300.0m的發射機線框。完成上述設計工作后,對布置的作業環境進行16.0Hz、8.0Hz、4.0Hz、2.0Hz的野外試運行實驗,根據實踐結果,選擇4.0Hz的裝置信號發射頻率,并在此基礎上控制探測端發射的電流應大于或等于10.0A,通過此種方式,確保在區域內布置的測網可以在實現對信息的反饋。完成上述相關布置后,輔助使用遙感技術,對礦區地質環境進行勘查。在裝置接收有用信號時,應使發射線框長邊平行于礦脈走向,這樣的設置下能夠得到最好的電磁組合。在探測時應盡量選擇在時間寬裕的范圍內記錄有用信號,為了保證觀測速度,應使觀測的疊加次數盡量少。一般在探測采集開始之前,先以電流輸進匹配負荷的方法進行干擾電平的觀測,以避免在采集數據時觀測時間過長,疊加次數較多,信號受到嚴重干擾,不能對實際的深部地層有所響應的情況,在干擾電平下的數據是不可用的,若最后觀測數據的讀數是噪聲天平,則說明所有信號已被全部記錄,若在最后讀數出現信號波動較大,并且超過噪聲天平時,應延長觀測時間和疊加次數,直到有用信號趨于穩定。在此基礎上,通過前端反饋的色彩信息與波長數據,對礦層的類型、賦存形態、礦產資源分布進行解譯識別,以此種方式,提取空間中有效信號與價值信息。此外,應注意裝置反饋信號的特性,包括光譜信息中的灰度信息、折射率信息等,完成對具有代表性信息的獲取后,探測礦產資源在其中的分布方式,根據信號的邊緣性分布,識別具有連續性特點的信號。對于空間數據中的異常數據,可以獲取信號時,采用多次成像的方式,獲取信號中非重疊區域的信息,將重疊區域的信息進行迭代分析,根據信號的重疊層數,進行信息的單層提取。綜上所述,實現對礦區測網的布置與探測數據的初步獲取。

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              1.2應用相對介電常數處理數據
             
              完成對測網的布置與探測數據的初步獲取后,考慮到獲取的數據或反饋的信號中可能存在大量冗余信息,因此,需要在此基礎上,應用相對介電常數,對數據進行針對性處理。數據處理要保證原始數據不受影響,能夠反映地質體特征的情況下進行,相對介電常數是表征電磁場的物理參量,被廣泛應用于巖土勘測。相對介電常數受溫度等因素的影響極大,為了便于數據的處理,眾多學者通常用公式進行研究,先設定電阻率和相對介電常數作為參考值,實際測量得到的相對介電常數會有一定的變化,利用線性回歸方程計算探測數據,并對上述數據公式加以驗證,不同的介質和參數會影響公式的系數[4]。通過研究區域的地質特征進行相應調整,得到適合本次深層礦體探測反演的公式:
             
              j=115.85648k−0.53467
             
              式中j為相對介電常數,k為電阻率值。在數據處理過程中,首先要對探測數據進行預處理,運用小波變換,去噪得到比較平滑的曲線。瞬變電磁法與其他電磁法相比,受地形因素影響較小,但一般研究區域的地形都較為復雜,所以地形校正是處理數據的過程中最重要的環節。若測線經過的地形有起伏,需要及時進行校正,避免因地形反映的錯誤影響解譯。在布設發射線框時,所收到的有用信號都來自垂直方向地層的響應,因此會出現空間位置發生變化的異常探測信息,造成判讀失誤。通過上式進行改正的數據,能夠使相對介電常數對低阻異常在深度范圍的響應穩定,在高阻薄層處也有響應。為了進一步實現對獲取數據中價值數據的獲取,將上述處理后的數據導入Geo Elector電法數據處理軟件中,利用其中的定源瞬變電磁信號處理工具,進行數據的優化。在此過程中,需要先將野外觀測或測網測得的數據錄入計算機,確保數據錄入后,打開軟件操作界面,滑動操作界面窗口,對實測數據進行編輯,編輯的主要目的是實現對實測邊緣數據的圓滑處理。處理時,根據測點的響應程度與可視化深度,對所有完成處理的信號進行濾波反演,輸出在完成處理后的電阻率斷面,提取斷面中的非重疊信息與新增信息,將對應的信息與信號按照空間表達方式進行存儲。根據數據與信息對應的空間位置,將其表示為(X,Y,Z)格式的數據,在完成數據格式的轉換后,使用surfer軟件,繪制獲取信息在礦區內的電阻率等值線斷面圖,通過此種方式,實現對獲取數據的針對性處理。1.3基于瞬變電磁法識別與分析異常區域異常區域的識別能夠判斷深層地質體是否存在可疑礦體,是礦體探測中非常關鍵的步驟,在大量數據信息中提取出可疑礦體的出現位置,然后對礦體位置進行反演[5]。選取研究區域的地面數據做背景場,選取不同變化幅度的2處分別截取1個數據,不同部位的背景場數據如圖1所示。
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              由圖1可知,為了更好的模擬背景磁場變化情況,在磁場數據中選擇了具有代表性的2個區域,圖中(a)、(b)區域的磁場變化較大,利用截取出的面積數據,分別進行加密插值得到背景場數據。背景場數據一般是在礦體異常范圍內,利用實測背景場相加產生疊加場,這個疊加場在異常區域的值可以近似看做是背景場附加的一個線性量。異常區域背景值的偏離在整個區域上可以看做是背景場整體的上移或下移,通過反演方法去除偏離值。完成上述步驟后,根據磁場的空間分布情況,礦脈產狀、形態以及礦體的走向,與現有的地質資料結合分析,確定引起異常的特征,在通過不同維度的分析基礎上,對地層深部構造、分布、賦存位置和形態等進行解譯。特征點法通過磁異常曲線的各極值點、坐標點位以及特征點距,判斷礦體賦存位置和產狀,特征點法的曲線在異常中心的極大值上方,異常中心在異常曲線的垂直下方[6]。明確在礦區異常區域的識別與分析中,異常行為在工程中通常是以相對狀態呈現的,因此,應在完成上述對異常區域的初步劃分后,明確基于等值線的礦山異常區域劃分原則表示為:鄰近等值線發生形態的變異(包括異常彎曲、曲變等)、在定性類圖件中等值線呈現的十分密集等。但無論基于任何一個角度進行此方面工作的實施,都需要結合探測區域的物理資料進行解釋。
             
              2應用效果分析
             
              本文圍繞已知礦體的區域展開,探測深層礦體分布情況,向更深區域拓展。經上文對探測數據的采集和處理,利用電磁探測曲線和視電阻率斷面進行解譯,視電阻率參數主要用以劃定構造帶,根據視電阻率等值線形態及等值線梯度變化情況,結合地質資料,以視電阻率的取值區間明確地層邊界,根據梯度變化分析與識別構造成分布情況,具體如圖2所示。
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              由圖2可知,本研究區域的測深剖面有高極化率、高電阻率反映的深層礦體脈狀的綜合異常。結合已有的地質資料,本文方法所得的瞬變電磁探測綜合異常狀態與實際地質接近,探測剖面的硅質巖層位置基本吻合,推測高極化率和高電阻率的綜合異常由硅質巖引起。該研究區域地質結構為層狀,剖面厚度在350m~550m之間,中部薄兩翼厚,硅質巖以相似的產狀賦存與地層中,高電阻率異常特征反映明顯,很可能是形成硅質巖脈的通道,而另一條探測線的視電阻率異常在深部,有可能是巖漿順圍巖水平巖層形成的巖床狀硅質巖。該特點在瞬變電磁視電阻率剖面中顯示尤為明顯,表明視電阻率參數用以確定研究區域深層礦體的空間分布范圍具有良好的效果,證明本文方法具有有效性。在證明本文設計的瞬變電磁法深層礦體探測行為在實施中具有一定可行性后,設計針對此區域的探測深度對比實驗,實驗時選擇物探法作為傳統方法,將其與本文方法在使用中的探測性能進行比對,經過實踐應用對比后發現,本文設計的方法可以實現對&gt;500.0m礦體的有效探測,而傳統方法探測的有效范圍僅在300.0m以內,由此可見,本文設計方法在實際應用中的可行性更高,相比物探法等相關探測方法,瞬變電磁法的有效探測深度更大。綜上所述,完成此次實驗的設計,證明了本文設計方法的可行性、有效性與其在使用中的優勢。
             
              3結語
             
              本文基于瞬變電磁法探測深層礦體,根據研究區域的地質情況,將得到的數據信息進行解譯,得到了區域異常特征,推測礦體產狀與實際已有地質資料基本一致,得到了一定的研究成果。同時也存在著諸多不足,需要在今后進行更深入的研究,如將瞬變電磁數據與三維激光掃描相結合,用立體模型展示深層礦體的分布情況,在數據的反演中,應該提高反演結果的精度,數值模擬對實際情況的反映可以進一步提高,對復雜地形和圍巖進行深入了解,瞬變電磁法在實際探測過程中會缺少淺層資料,因此所得數據不能完全反映探測位置的情況,用其他物探手段輔助進行,可在異常區域上方布置鉆探進行鉆探驗證,確保得到的數據會更加充分有效。為了進一步落實此項工作,可在后續的研究中,加大對瞬時電磁法科技研究的投入,通過此種方式,優化礦區深部區域低阻體的尋找效果。但在完成此次研究后應明確,盡管本文提出的瞬時電磁法具有較強的實用性,但仍無法使用此項技術代替礦山作業中的其他勘探手段。尤其是在進行大規模金屬礦山的勘查時,使用瞬時電磁法獲取的地質數據極有可能存在偏差。因此,在實際作業時,還需要技術人員根據礦山現場環境進行探測技術與勘查手段的選擇。
             
              參考文獻
             
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              [2]葉子劍,張成平,葉英.瞬變電磁雷達探測盾構管片背后接觸狀態的模擬試驗研究[J].鐵道學報,2019,41(12):121-131.
             
              [3]劉百祥,孫喆,袁永榜.地-井瞬變電磁法線性導體正演及異常響應特征研究[J].煤炭科學技術,2019,47(06):187-191.
             
              [4]邢修舉.礦井瞬變電磁定點三維立體超前探測技術[J].煤礦安全,2019,50(02):67-71+75.
             
              [5]武軍杰,智慶全,鄧曉紅,等.遼東白云金礦區深部地質結構的瞬變電磁法探測[J].地球科學,2020,45(11):4027-4037.
             
              [6]董運如,殷亞飛,金旺林,等.物探方法在深部探礦中的應用研究[J].礦產勘查,2019,10(02):286-290.
             
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