地球物理勘查在某金属矿区废渣堆勘查中的应用研究

地球物理勘查在某金属矿区废渣堆勘查中的应用研究

刘建荣  刘花婷

陕西地矿第二综合物探大队有限公司，陕西 西安 710016

摘要：以某金属矿区中的废渣堆作为研究对象，开展地球物理勘查工作。在地面调查、收集资料的基础上，经过严格的野外数据采集和室内资料处理，圈定地球物理异常，查明目标区域内矿渣的平面位置、埋深等空间分布特征，并对矿渣堆方量进行估算，为划分某金属矿区渣堆的环境风险等级、完成环境污染状况调查和风险评价提供科学依据。

关键词：地球物理，金属矿区，废渣堆勘查

Application of geophysical exploration in the exploration of slag heap in a metal mining area

LiuJian-rong  LiuHua-ting

Shaanxi Second Comprehensive Geophysical Exploration Group Co., LTD., Xi 'an 710016, China

Abstract: Taking the waste slag heap in a metal mining area as the research object, the geophysical exploration work was carried out. On the basis of ground investigation and data collection, through strict field data collection and indoor data processing, geophysical anomalies are delineated, the spatial distribution characteristics of the plane position and buried depth of the slag in the target area are identified, and the volume of the slag heap is estimated, which provides a scientific basis for classifying the environmental risk level of the slag heap in a metal mining area, completing the environmental pollution investigation and risk assessment.

Key words: geophysics, metal mining area, slag heap exploration

0引言

我国的生态地质环境调查工作经过了很长一段时间的发展，矿业开采总体把控“在保护中开发，在开发中保护”的原则，促进资源开发与环境保护协调发展，使矿业经济增长方式从依靠消耗大量资源和牺牲环境为代价的粗放经营模式转变为依靠科学技术进步和提高规模经济效益的集约经营模式。矿山生态地质环境的好坏直接影响到周边地区的环境质量和生活质量。在矿山开采过程中，可能会产生大量的废石、废水、废气等废弃物，这些废弃物可能会对地质环境造成严重破坏，如引发地质灾害、污染土壤和水源等。废渣堆这些影响可能会导致生态系统的失衡和环境的恶化。矿渣堆积体相对原山体较为松散，容易发生地质灾害和环境二次污染。因此，有必要对矿渣堆积体的体量及危险性进行科学评估，为后期的地质灾害治理及环境污染状况调查和风险评价提供科学依据。

1地球物理勘查概述

主要包括重力勘探、地磁勘探、电磁勘探、地震勘探等，可以获取地下结构信息。这些方法可以了解废渣堆深部结构等，为评价废渣稳定性、废渣堆的底界面提供依据。地球物理勘探法的原理是，组成地壳的不同岩层介质往往在密度、弹性、导电性、磁性、放射性以及导热性等方面存在差异，这些差异将引起相应的地球物理场的局部变化。通过量测这些物理场的分布和变化特征，结合已知地质资料进行分析研究，就可以达到推断地质性状的目的。

本次针对某金属矿区废渣堆选取了地球物理勘查中的高密度电法及微动法。

高密度电法是在常规电法勘探的基础上发展而来的一种直流电阻率法，和常规电法的原理基本相同，具有效率高、信息量大、可进行二维反演等优势。

高密度电法可以一次性布设数十甚至上百根电极，通过主机控制自动完成数据采集，电极数量不仅多而且可以随意组合，从而使得野外数据的采集不仅快速而且数据量大、信息丰富。它改变了传统的电法勘探工作模式，既减轻了劳动强度，又大大提高了信噪比，使得资料采集的质量得以提升，为高精度、小目标体的浅层勘探提供了可靠技术。

微动探测方法作为一种天然源面波方法，早期主要利用长周期(大于1s)信号估算地球深部横波速度结构来研究地球深部的物质组成和属性变化。近些年，随着技术的发展，短周期(小于1s)微动信号被用来估算浅部横波速度结构，探测浅层不良地质体。与其他物探方法比较，微动探测具有抗干扰能力强、探测深度大等特点，可以广泛地应用于城市工程地质勘察。

2工作区地球物理概况

工作区的矿渣堆存点浅表层大部分为薄层第四系沉积物，深部为基岩，或者矿渣直接堆放于基岩上。根据本次物探成果与钻孔资料进行对比分析，矿渣堆的物性特征与矿渣的成分相关，对于以细粒为主夹少量砾石的废渣堆，电阻率呈低阻特征；对以大块经砾石为主的废渣堆，电阻率呈中高阻特征；基岩为高阻特征，第四系沉积物为低阻-中阻特征；对于废渣堆的横波速度为低波速特征，基岩为高波速特征，第四系沉积物为低波速，与废渣堆的波速相近。废渣堆与第四系沉积物及基底地层之间明显的电阻率和波速差异，为物探工作提供了良好的地球物理基础，其具体物性特征经分析统计如下：

表1  物性统计成果表

3应用分析

3.1地球物理勘查剖面布设

A01废渣堆共布设了4条剖面，其中1-1线布设了高密度电法和微动，点距2m，其余三条测线仅布设了高密度电法，点距5m，其平面布设见图1。

图1 A01废渣堆测线布置图

3.2数据推断解译

对A01废渣堆1-1线高密度电法+微动剖面进行数据整理，反演处理并进行综合物探分析，形成了1-1线综合物探对比分析成果图2。

由图2可知微动和高密度电法剖面在渣堆上均有明显的异常显示，微动在渣堆上呈现出低-中-高波速三层明显的波速层，对应的高密度电法也呈现出明显的低—中—高电阻率特征，两种方法显示的厚度和分层特征对应较好。

在1-1线43点、58点、70点附近进行了钻孔采样工作。

FZ-GZY-01钻孔孔深4m，渣堆厚1.0m，渣堆下为密实粉质黏土（1-3.9m），3.9-4m见岩块；物探显示0-3.8m为低阻异常特征，电阻率≤60Ω·m，微动剖面显示为低波速区（对应波速≤200m/s），推测本渣堆下渣堆与密实粉质黏土电性和波速差异小，为低阻低波速特征；3.8-10m反演电阻率为60-200Ω·m，为中阻特征，钻孔中揭露为岩块，推测为岩块/风化岩石的电性显示；10m以下电阻率大于200Ω·m，推测为基岩。

FZ-GZY-04钻孔孔深2.6m，渣堆厚1.5m，渣堆下为密实粉质黏土（1.5-2.5m），2.5-2.6m见岩块，物探显示0-2.3m为低阻异常特征，电阻率≤60Ω·m，微动剖面显示为低波速区（对应波速≤200m/s），推测本渣堆下渣堆与密实粉质黏土电性和波速差异小，为低阻低波速特征；2.3-7m反演电阻率为60-200Ω·m，为中阻特征，钻孔中揭露为岩块，推测为岩块/风化岩石的电性显示；7m以下电阻率大于200Ω·m，推测为基岩。

FZ-GZY-05钻孔3.5m，渣堆厚1.3m，渣堆下1.3-2m为密实粉质黏土，2-3.4m为疏松夹大粒径岩石颗粒粘土，3.4-3.5m见岩块；物探显示0-1.8m为低阻异常特征，电阻率≤60Ω·m，微动剖面显示为低波速区（对应波速≤200m/s），推测本渣堆下渣堆与密实粉质黏土电性和波速差异小，为低阻低波速特征；1.8-4.5m反演电阻率为60-200Ω·m，为中阻特征，钻孔中揭露为疏松夹大粒径岩石颗粒粘土还有岩块，推测为岩块/风化岩石的电性显示；4.5m以下电阻率大于200Ω·m，推测为基岩。

图2  1-1线综合物探对比分析成果图

综上：在A01渣堆上，可利用高密度电法和微动对各地质体进行划分，成果划分出渣堆+密实粉质黏土（渣堆与密实粉质黏土物性差异不明显，因此将其作为一个整体）底界面、基岩顶面；然后利用渣堆上钻孔揭露的渣堆厚度，对物探成果进行修正，确定出较准确的渣堆厚度。

1-2线布设了高密度度电法，剖面长150m，点距5m，探测成果如下：

剖面上渣堆出露在25-80m段，地表见废渣堆，电阻率呈低阻特征，局部不均匀，以电阻率小于200Ω·m对废渣堆进行圈定（圈定结果见图3），其最厚处约8.6m，平均厚度约2.9m，在剖面上55m附近和60m附近分别进行了钻孔验证，FZ-GZY-02钻孔显示渣堆厚1.5m，成分为小粒径（含少量大粒径），物探推测深度为1.6m；FZ-GYZ-03钻孔揭露渣堆厚3m，物探推测为3.2m；物探探测结果与钻孔验证结果基本一致。

图3  1-2线解译推断成果图

5结论

1)本次研究采用地球物理勘查的方法，在地面调查、收集资料的基础上，经过严格地野外数据采集和室内资料处理解释，圈定地球物理异常，查明目标区域内矿渣的平面位置、埋深等空间分布特征，并对矿渣堆堆存量进行估算。

2)采用钻孔揭露的废石堆真实深度对已解释的剖面进行了验证，经综合解释可知本次地球物理勘查工作方法选取合理、有效，应用效果良好。可见，地球物理勘查能够为废弃矿渣治理提供科学指导。

参考文献

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作者简介：刘建荣，男（1986.10-）汉族，陕西省富平县人，大学本科，工程师，主要从事地球物理勘查与遥感、环境地质、地质大数据分析工作。