李林贵，黄胜昔，杨 柱，赵 恰

(1.安徽省庐江县金鼎矿业有限公司， 安徽合肥 231500;2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南长沙 410012)

0 引言

复杂大水矿床在我国分布广泛，矿石储量大、种类多。自1950年代以来，长沙矿山研究院等单位便开始了大水金属矿床开采的研究工作，经过近半个世纪的开采实践，已取得了大量成果，积累了丰富的经验。但是由于复杂大水矿床含水情况复杂多样，此类矿床的开采仍然存在许多难题。

系统查明矿区水文地质条件，是复杂大水金属矿床开采的难题之一，可靠的水文地质资料在今后矿床开采安全生产中起着重要的作用。采矿前可以根据水文地质条件，制定系统的防治水方案，避免不必要的排水，保证矿山生产安全。但是对于复杂大水矿山，大规模的水文地质勘探往往投资巨大。因此，利用新技术、新方法查明矿区水文地质条件成为防治水工作的重点。由于地球物理探测技术具有成本低、效率高等优点，在解决水文地质问题方面得到了广泛和成功的应用，逐渐成为不可缺少的勘探手段。

1 金属矿床地球物理条件概述

地球物理探测技术是使用地球物理原理，根据各种岩石之间的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异，选用不同的物理方法和物探仪器，测量获得地球物理场的变化，从而了解水文地质和工程地质条件的勘探和测试方法。目前，常用的地球物理方法主要有电法勘探、电磁法勘探、地震勘探、地球物理测井、微重力测量、放射性测量等。

大水金属矿床地下水的主要通道有孔隙、裂隙、溶隙等，其中含水构造水量丰富，包括各种节理、导水断层和大的破碎带，是矿坑涌水的主要通道。各种导水构造中的张性断裂，裂隙张开，一般半充填甚至无充填，同时断裂面两侧常有次一级断裂面，形成地下水集中径流通道。理论上，这些集中径流通道或者强含水层形成一定规模，必然引起地球物理场的显著变化，可以利用地球物理手段查明。一般情况下，岩体如果相对完整，内部空隙少，一般电阻率较高，表现为高阻特征;而富含水的断层及破碎带、含水层则表现为低阻特性，与围岩形成电性差异。另外，矿体、断裂破碎带及围岩在波场的特征参量上有着明显的差异，可通过观测它们对人工激发地震波的响应，识别地下水集中径流通道。

2 综合物探方法原理

目前，运用综合物探方法在金属矿床进行水文地质勘察的应用相对较少。综合地球物理方法主要包括地震类方法(如浅层地震、瑞雷波、地震映像法)、电法类方法(如地质雷达、高密度电法、TEM、CSAMT)、放射性勘探以及综合物探方法(如地震与电法综合等)，这些方法均在一些地区取得了较好的应用效果。本研究基于浅层地震折射法和音频大地电磁法综合物探勘查方法，对黄屯硫铁矿区进行水文地质勘察，查明矿区范围各种地质构造(断裂、破碎带、节理裂隙发育带)的产状、规模、深度与富水性，为下一步水文地质勘查及矿区防治水工作提供依据。

2.1 浅层地震折射法

浅层地震折射波探测方法的原理是:人工地面激发地震波，当地震波在近地表介质中传播时发生折射，根据仪器记录的折射波到达检波器的时间，从而获得地下介质的空间分布特征。折射波法常用于探测近地表层厚度、寻找隐伏断层、确定基岩起伏、测量潜水面深度、判别裂隙发育以及评价岩体质量和分类等工程地质问题，其探测效果往往优于反射法。

2.2 音频大地电磁法

音频大地电磁法(AMT)，是大地电磁(MT)法的一个分支。它是利用雷电活动所引起的天然音频大地电磁场作为场源，观测互相垂直的两个方向上若干频率的电场和磁场之比(称为波阻抗)，通过研究地电断面的变化，来解决找矿、找水、研究地质构造有关的地质问题。

EH4电磁成像系统属于部分可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深系统。深部构造通过天然背景场源成像(MT)，其讯息源为10 Hz～100 kHz。浅部构造则通过一个新型的便携式低功率发射器发射1～100 kHz人工电磁讯号，补偿天然讯号的不足，从而获得高分辨率的成像。一般用于查明深部断裂、破碎带、节理裂隙发育带、节理裂隙密集带等导水构造的大体位置、倾向、倾角。

3 应用实例

3.1 矿区概况

黄屯硫铁矿位于安徽省庐江县龙桥镇境内，为未开发利用的矿床。一期拟开采6～30线之间，标高－340 m以上的矿体。矿体赋存于主要含水层(火山碎屑岩)之中，含水层(包括矿体)构造、裂隙发育，地下水水头压力大，地下水储量极其丰富，地质勘探预测涌水量极大，为水文地质条件复杂的火山岩地层大水金属矿床。2011年11月，矿山委托广东省地质物探工程勘察院进行水文物探勘察。

3.2 地球物理条件以及工作方法

总结矿区的地层条件，矿区可能的导水构造的一般形态与地层之间关系如图1所示。

(1)波场特征。覆盖土层及风化岩层的压缩波速在1000～2000 m/s之间，中、微风化及新鲜岩层的压缩波速大于4000 m/s。断裂构造、破碎带、节理裂隙发育带内压缩波速显著低于围岩(中、微风化及新鲜岩层)，一般在2000～3000 m/s之间。断裂构造、破碎带、节理裂隙发育带与围岩(中、微风化及新鲜岩层)之间存在较明显的波速差异。

图1 导水构造与地层关系示意

(2)电性特征方面。覆盖土层及风化岩层的电阻率一般小于100 Ωm，中、微风化及新鲜岩层的电阻率大于1000 Ωm。中、微风化岩顶界面是明显的电阻率差异界面。断裂构造、破碎带、节理裂隙发育带内电阻率显著低于围岩(中、微风化及新鲜岩层)，一般小于1000 Ωm，为倾斜的板状低阻体。断裂构造、破碎带、节理裂隙发育带与围岩电性差异明显。

根据矿区含水构造及围岩物性特征，先采用浅层地震折射法对断裂、破碎带、节理裂隙发育带等导水构造的平面位置进行普查;然后再采用音频大地电磁法进行详查，探明导水构造的产状、规模、深度、富水性等。

采用的主要仪器设备有美国Geode浅层地震仪，美国EH4连续电导率剖面仪，国产RS－ST01C非金属超声检测仪。完成的实物工作量主要有:测线测量，28组日，测线总长27500 m;地震折射法，20521检波点·炮(测线总长23570 m);音频大地电磁法，388点;岩芯室内波速测试，8件;岩芯室内电阻率测试，8件。

3.3 物探勘查结果及验证

经过对物探资料、地面调查资料、前期资料的综合研究，将黄屯硫铁矿物探异常按区域划分为4类:异常带、低速异常区、低阻异常区和异常段(点)。共划分导水构造13条，并根据钻孔揭露情况推断划分为8 条断层:F1、F2 －1、F2 －2、F3、F4、F5、F6、F7，和5 条破碎带:Fp1、Fp2、Fp3、Fp4、Fp5(见图2)。

经过2012年至2013年矿区水文地质勘探钻孔验证，矿区西北角低速异常区主要是由该区第四系松散堆积层厚度大(20～95 m)所致;物探划分的构造破碎带经钻探、群孔抽水试验揭示，均存在，如F3断层的导水性，Fp1－Fp5破碎带均认为是矿区内的地下水主径流带。

图2 物探推断解释的地质构造位置示意

4 结论

浅层地震折射和音频大地电磁综合物探方法克服了单一物探手段的局限，有效揭示了黄屯矿区导水构造的位置、宽度、倾角、倾向，共划分导水构造13条。经过后期钻探验证，解译结果与实际情况吻合，证明该方法对于此类复杂大水金属矿山是技术可行、经济合理的物理勘探方法。

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