王建国，李 玮，张世珍

(青海大学 地质工程系，西宁 810016)

在金属矿山的开采过程中，断裂构造是备受矿山工作者关注的地质单元，含水构造是诱发矿山突水、透水事故的重要的安全生产隐患之一。突水、透水事故具有突发性、复杂性和危害性等特点，所以，开展隐伏水体预测至关重要[1]。电阻率法是传导类电法勘探最重要的方法之一，是根据岩矿导电性的差异，通过研究岩矿电阻率变化，对隐伏地质体进行探测的一种方法，具有成本低、效率高等优点。电阻率对地质体内流体的存在和分布很敏感，地质体内部或者之间可能存在较多的开放的断裂结构，充填于地质体孔隙内的流体可以引起电阻率变小，需要搞清楚断裂面几何形状、大小、分布、相互连通等情况[2]。因此，科学预测地质体中可能分布的导水构造、含水破裂带是研究的难点和热点之一。本文以查藏错铜铅锌矿床为例，正是基于岩矿电阻率特性这些原理和方法，对矿山隐伏富水断层破碎带进一步预测，该研究结论与认识能够有效避免或减少矿山突水事故的发生。

1 研究背景

查藏错铜铅锌矿床位于冈底斯成矿带的中部北翼，隶属于西藏申扎县管辖，矿区主要出露的地层为林子宗群陆相火山碎屑岩和火山熔岩，是多阶段火山热液充填交代脉型矿床，该矿山断裂发育，可能赋存多个含水地质单元，是矿山开采的不利因素，矿区交通位置如图1所示。大多数情况下，岩体干燥度显著影响着电阻率，干燥度高电阻率就高，含水岩体电阻率会随含水量的增加而显著下降。岩矿电阻率差异是电法勘探的依据，同时，电阻率法也是探测矿床富水断裂带等不良地质构造的最佳方法之一，根据电阻率理论和方法可以推断矿床断裂展布特征及水体赋存状况。目前认为，通过测量岩矿含水率及电阻率，探讨含水率对电阻率的影响及其分布特征，分析二者之间的拟合关系，构建电阻率空间分布规律模式，推断矿山断层或破碎带的空间分布特征，可以获取地质构造的富水变化信息，合理解释岩矿电阻率对于指示地质体含水构造单元具有重要意义，能够有效预防在这些含水威胁区域开挖隧道或采矿时突水安全事故的发生，减少人员伤亡和经济损失。

图1 矿区交通位置图Fig.1 The traffic map of mining area

2 岩矿特征

岩矿样品照片如图2(a—f)所示，根据野外观察及室内镜下鉴定可知，石英多金属硫化物阶段岩矿矿物主要为闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、蓝铜矿；方解石多金属硫化物阶段主要可见黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿等。另外，野外可见方解石细脉穿插早期石英脉，由此可初步判断方解石阶段矿物形成稍晚于石英阶段。

3 电阻率与含水率之间的关系

3.1 测试方法及分析结果

含有孔隙的岩矿电阻率ρ与其含水量和孔隙流体电阻率ρ水也有数学关系，见公式(1)。因此，岩矿中水分的含量与孔隙水电阻率两个因素对电阻率影响较大，孔隙率可以使用AU-300R型岩矿孔隙率测量仪直接测定；电阻率使用RTS-8数字式四探针电阻率测试仪直接测定；对岩矿样品含水率W测试应选取不少于50 g的样品3个，自然含水状态下其质量记为m1，105 °C～110 °C干燥24 h后取出在冷却常温下其质量记为m2，则含水率计算用公式(2)可求出，经加权平均得出，分析计算结果见表1。

(1)

式中：ρ为岩矿电阻率；ρ水为孔隙流体电阻率；ω为含水体积数(ω=1-V)。

(2)

式中：W为含水率；m1为烘干前样品质量，g；m2为烘干后样品质量，g。

图2 岩矿样品照片Fig.2 The photo of ore samples

表1 岩矿样品测试分析结果Table 1 Results of test and analysis of rock and ore samples

3.2 孔隙率及含水率的分布特征

地下岩体裂隙的形成、发育、含水性及孔隙贯通是导致电阻率发生异常变化的主要原因之一[3]。含有孔隙流体的岩矿电阻率显著地受到流体渗透率和孔隙度的影响[4]。部分黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿样品的含水率与其电阻率是有关联的，研究发现闪锌矿含水率最小，电阻率大；方铅矿含水率最大，黄铜矿、黄铁矿次之，电阻率相对较小[5]。对于孔隙中仍有空隙的情形，岩矿电阻率、ω及ρ水之间的关系就复杂多了，总的规律是岩矿电阻率与ρ水是正相关的，与ω是负相关的。本文通过对岩矿孔隙率及含水率的测试分析发现(表1)，孔隙率介于0.87%～1.79%，含水率介于0.68%～1.36%。从图3和图4可以看出，在矿区内，孔隙率大的矿体部位，其含水率也相应增加，说明孔隙率与含水率具有正相关性，总体具有NW向和NNE向分布特点。

图3 岩矿孔隙率等值线Fig.3 The contour map of porosity of rock and ore

图4 岩矿含水率等值线Fig.4 The contour map of water content of rock and ore

3.3 电阻率变化规律

利用岩矿电阻率解析法，可以获取地质体诸多电阻率数据及随影响因素变化的电阻率图像，在此基础上，能够深入理解和研究地质体断裂带分布特征，预测含水单元。从表1可知，岩矿样品的电阻率介于0.49×10-2Ω·m～0.34×103Ω·m，图5中黑色区域属于低阻区，白色区域属于过渡区，灰色区域属于高阻区。从图5中可以看出，矿区内电阻率分布与含水率具有较好的拟合度，说明矿区内电阻率总体具有NW向和NNE向分布特点。

图5 矿区电阻率分布特征Fig.5 The distribution characteristics of resistivity in mining area

3.4 含水构造预测

结合图3、图4、图5分析结果可以推断，矿区内可能发育2～3条断层或破碎带，总体呈NW向、NNE向延伸，SW向、S向及E向延伸范围不详。根据岩矿孔隙率、含水率及电阻率空间分布规律，利用拟合软件和参数计算，对矿区含水构造区域进行预测，预测结果如图6所示。从图6可以看出，矿区内可能有3处突水威胁区，分别是Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，矿区东南部有电阻率异常区域，由于超出矿区范围，本次暂不进行讨论。综上所述，建议矿山管理部门或现场施工人员挖掘巷道或采矿生产时，加强对该区域的探水和排水工作，严格遵守矿山边探边掘和边采边探防治水原则，增强安全和法律意识，以避免或减少矿山突水事故的发生。

图6 矿区突水威胁区预测Fig.6 Prediction of water inrush threat area in mining area

4 讨论

实际上，影响地质体电阻率的因素是很多的，如物质成分、结构构造、含水量、孔隙度大小及其连通性、其它胶结物、所处的环境温度和压力等[6]。岩矿成分、结构构造、孔隙度是其本身的属性[7]。岩矿电阻率的变化主要和裂隙水导电通路有着直接的关系[2]。含有孔隙流体的岩矿电阻率显著地受到流体渗透率和孔隙度的影响[4]。本文以查藏错铜铅锌矿床为例，基于岩矿电阻率特性，对矿山隐伏富水断层破碎带进行预测，是探索性的研究工作，初步认为岩矿中水分的含量与孔隙水电阻率两个因素对电阻率影响较大，通过测量岩矿电阻率值变化而获得地质构造的富水变化信息，能够有效地预防或减少在这些地带开挖隧道或采矿时突水安全事故的发生。

5 结论

1)通过对岩矿孔隙率及含水率的测试分析发现，孔隙率介于0.87%～1.79%，含水率介于0.68%～1.36%，岩矿样品的电阻率介于0.49×10-2～0.34×103Ω·m。研究认为，孔隙率大的部位，其含水率也相应增加，说明孔隙率与含水率具有正相关性，电阻率分布与含水率具有较好的拟合关系，电阻率总体具有NW向和NNE向分布特点。

2)推断矿区内可能发育2～3条断层或破碎带，总体呈NW向、NNE向延伸，SW向、S向及E向构造范围不详，并预测矿区内可能有3处突水威胁区，分别是Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区。

综上所述，建议矿山管理部门或现场施工人员挖掘巷道或采矿时，加强对突水威胁区域的防治水工作，严格遵守矿山边探边掘和边采边探原则，增强矿山安全和法律意识。