鐵礦采空區(qū)的選線及勘察

鐵礦采空區(qū)的選線及勘察

采空區(qū)的勘探一直是地質勘探的重點和難點之一。鐵路選線地質勘察要求對采空區(qū)的空間位置、邊界范圍及穩(wěn)定性等進行勘察并作出評價,這是一個亟待解決的課題。近年來,有關的工作多為煤礦采空區(qū)勘察,而少有鐵礦采空區(qū)勘察。鐵礦采空區(qū)有著不同于煤礦采空區(qū)的賦存特點和地球物理前提,因此,我們需要變換思路、調(diào)整工作方法,采用對應而有效的技術手段施測。在邯長鐵路涉縣鐵礦采空區(qū)勘察項目中,我們先期應用了地震映像、瞬變電磁測深、密點距直流電測深等方法開展工作,勘察成果經(jīng)鉆探驗證2孔,未見采空區(qū),僅發(fā)現(xiàn)了巖溶。經(jīng)過技術論證,決定采用高精度重力、磁力測量進一步開展工作,磁力測量圈定鐵礦范圍,重力測量確定采空區(qū)位置。1項目總結1.1采礦、鑄鐵地層測區(qū)位于河北省武安市磁山~涉縣之間,屬太行山東緣,地形較平緩,為磁鐵礦區(qū),地表有少量陡坎、深溝分布。該地采礦、冶鐵歷史悠久,現(xiàn)多為私企開采。地層由上而下基本為第四系黃土、石灰?guī)r及閃長巖,鐵礦成礦于閃長巖侵入石灰?guī)r接觸帶上,一般呈立體團狀分布,埋深在40~200m之間。地表多見因采空引起的塌陷坑,大小深度不一。由于開采規(guī)模較大,鐵路選線勘察必須查明。1.2采礦合作破壞1.2.1該地區(qū)鐵礦開采年代久遠,知情人少,大多不能實地測量,圈定采空區(qū)十分困難。1.2.2一般應采用物探為先導指導鉆探驗證采空范圍,但由于鐵礦賦存成雞窩狀及串珠狀分布,宏觀呈帶狀、陡傾角分布,鐵礦采空目標體與周圍介質物性差異小,鐵礦規(guī)律性較差給物探勘察帶來很大的挑戰(zhàn)性。1.2.3國內(nèi)現(xiàn)在還沒有找到有效的方法手段來勘察,先期曾投入地震映像、密點距電測深等開展工作,效果較差,必須研究新的技術方法來實現(xiàn)勘察目的。2方法研究2.1采礦后采樣空區(qū)的確定2.2.1鐵礦成礦帶與相鄰巖層間存在一定的波阻抗差異,地震波傳播至該層時會產(chǎn)生反射,如鐵礦被開采,該層變?yōu)榭諝饣蛩缮⒊涮钗飼r,其反射波特征會產(chǎn)生變化,比如同相軸不連續(xù),出現(xiàn)繞射或信號衰減等現(xiàn)象。但受地表、賦存于石灰?guī)r中的溶洞及傾斜地層等干擾因素的影響,很難確定鐵礦的邊界、采空區(qū)的位置,先期探測的成果經(jīng)鉆探驗證2孔,未見采空區(qū),只是發(fā)現(xiàn)了巖溶。因此,地震反射不能作為主要勘察技術方法。2.2.2采空區(qū)具有不同于圍巖的電性特征,若為具有一定體積且未充填的空間,即表現(xiàn)為高阻反映,但是由于鐵礦的賦存條件為陡傾角,相鄰石灰?guī)r的巖層呈現(xiàn)高阻特性,相互混淆,采空區(qū)很難確定;采空區(qū)若被充填,一般呈低阻反映,但是鐵礦本身就是一個良導體,含鐵品位的高低會使電阻率發(fā)生變化,在低阻背景下,加之上覆低阻覆蓋層的影響,電法亦很難確定采空區(qū)。2.2.3磁鐵礦具有高磁特性,磁力測量可以圈定具有磁性物質的范圍。但是采空區(qū)由于鐵礦被采走,原來的強磁特征轉變?yōu)橹?、弱磁特?故而純粹從磁性的高低確定采空區(qū)也是不現(xiàn)實的。2.2采空區(qū)地表的賦存特點綜上所述,可以看出現(xiàn)階段鐵礦采空勘察技術不能滿足鐵路選線勘察的需要,是一個亟待解決的難題,必須對方法技術進行更深一步的研究,提出可行的方案。通過仔細分析陡傾角鐵礦采空區(qū)的賦存特點,發(fā)現(xiàn)鐵礦采空區(qū)地表大多存在深達十幾米的塌陷坑,采空的豎向的高度較大,地層中豎向質量的缺失就較大,這為重力勘探提供了可能。多數(shù)的采空區(qū)會引起局部重力負異常,如圖1所示。技術論證的結果是,在前期物探勘察的基礎上,應用磁力測量圈定鐵礦范圍,重力測量確定采空區(qū)位置。3實驗結果與分析3.1數(shù)據(jù)分析3.1.1重力負異常區(qū)分析圖2是測區(qū)磁力ΔT異常圖,黑實線圈定范圍是高磁異常區(qū)域,從外到里,異常增大。中間兩處淺色區(qū)域磁力異常最大,表明磁鐵礦床更為富集,這也與現(xiàn)場鐵礦開采范圍一致。圖3是測區(qū)局部重力負異常圖,共劃出了9處重力負異常區(qū),基本與既有開采區(qū)和塌陷坑一致。高磁異常范圍亦即鐵礦蘊藏區(qū)以外的重力局部負異?？梢耘懦遣煽盏目赡苄浴?.1.2同相軸斷裂現(xiàn)象圖4是測線ZF-1105地震映像剖面圖,可見在樁號8~30間,反射波同相軸錯亂,41~57間同相軸有斷裂現(xiàn)象,推斷為采空區(qū)反映;在130~154間,同相軸彎曲下凹,有延續(xù)震蕩現(xiàn)象,且反射波周期有所增大,推斷為采空塌陷區(qū)的反映。同時,前2處異常都位于1#重力負異常區(qū),由此推定樁號8~30與41~57為采空區(qū),排除130~154區(qū)域。3.1.3#重力負異常區(qū)圖5是測線TP-5瞬變電磁測深反演斷面圖,該測線小樁號端起始于地表已知塌陷區(qū),即1#重力負異常區(qū)內(nèi),大樁號端進入2#重力負異常區(qū)內(nèi)。如圖5所示,淺部0~30m為近地表高阻層,為碎石土及新黃土的反映;30~60m為中間低阻層,為老黃土的反映;60m以下底層高阻,則是基巖的反映。在樁號60~120之間,中間低阻層有明顯的下凹現(xiàn)象,見WT2異常,且位于1#重力負異常區(qū),推斷為采空塌陷。3.2重力測量確定3.2.1根據(jù)鐵礦實際開采范圍與調(diào)查資料,磁力測量準確的圈定了鐵礦蘊藏區(qū)。3.2.2重力測量確定了采空區(qū)范圍,排除了其它幾種方法的疑似異常,綜合分析最后確定了核心采空區(qū)范圍,并劃定了采空區(qū)邊界。3.2.3鐵路線位與采空區(qū)北部邊界最近距離約200m,依據(jù)地質要求,鐵路線位不存在采空區(qū)安全隱患。4提高地質綜合應用,明確區(qū)域地質區(qū)域(1)高精度重磁力測量結合地震映像、瞬變電磁測深及密點距直流電測深等物探方法在該鐵礦采空區(qū)勘察中