1 引言

厂坝铅锌矿位于甘肃省陇南市成县黄渚镇一带，是我国重要的铅锌资源基地。矿区地质条件复杂，矿体分布具有群带特征，伴有多条断裂和褶皱，构造特征明显。矿山的持续开发，采空区和富水带的出现成为了影响矿山安全生产的重要因素。这些空区和富水带会引发矿井塌陷、水涌等事故，还对矿区的资源合理开发带来一定挑战。在厂坝铅锌矿的勘探和开发过程中，探空和探水成为保障矿区安全和高效生产的关键任务。

物探技术作为一种有效的探测手段，被广泛应用于厂坝铅锌矿的探空和探水作业中。采用FLTD100瞬变电磁仪和ZLD(A)钻孔电磁波超前仪等设备，能够快速获取地下异常区域的信息，为矿区的施工和管理提供科学依据^[1]。系统评估这些物探技术在探空、探水中的成效，分析其在识别采空区、富水带及异常地质结构方面的实际效果。能提高矿区的安全性，还能优化资源的开采利用效率，推动矿山的可持续发展。

2 厂坝铅锌矿地质与构造概述

2.1 地质特征

地理信息系统（GIS）勘察系统通过集成地理空间数据和相关的属性信息，为厂坝铅锌矿探空探水提供了全面的分析和决策支持平台，其核心优势在于能够有效地管理、分析和呈现地理空间数据，对于理解和解决复杂的厂坝铅锌矿探空探水问题至关重要。GIS系统在厂坝铅锌矿探空探水的应用包括地质图的创建和更新、土壤和岩石属性的空间分布分析，以及灾害风险区的识别等，工程师能在多维空间中视觉化地质数据，准确判断地下条件和识别潜在的工程难题。此外，GIS 勘察系统还能够与其他技术（如遥感技术、地球物理勘探方法）相结合，形成多源数据集成和分析的框架，增强数据的全面性和准确性，提高分析的效率，厂坝铅锌矿探空探水勘察从传统的静态、线性过程转变为动态、交互式的过程，提升工程设计的灵活性和适应性。GIS 技术的有效应用也面临待解决的问题，地理空间数据的收集和处理需要专业知识，且对数据的质量和精度有较高要求，且GIS 系统的开发和维护需要相当的资源投入，会限制其在资源有限的项目中的应用。

矿区地层以中泥盆统的安家岔组和西汉水群黄家沟组为主，这两组地层呈北西—南东向展布，层序相对完整。安家岔组可分为焦沟层和厂坝层，是该矿区的重要含矿地层。厂坝层又分为上部和下部，岩性多样，其中下部以石英片岩、黑云母片岩和黑云母石英片岩为主，主要矿物成分包括石英、黑云母、白云母和绿帘石等。上部则由中细粒结晶灰岩、云母条带状结晶灰岩及白云岩构成，主要矿物成分为方解石、石英、黑云母和白云母等。与安家岔组相似，西汉水群黄家沟组的主要岩性是灰色结晶灰岩，厚层状岩体中夹有薄层石英片岩，主要矿物成分为方解石、石英和长石。两组地层中的中细粒结晶灰岩、黑云母片岩和石英片岩是厂坝铅锌矿的主要赋矿岩石，矿体分布具有层控特征。

2.2 构造特征

矿区呈现出典型的单斜层“S”形扭曲，北部为王家山背斜，南端为干鱼廊向斜。干鱼廊向斜的轴部由焦沟层组成，两翼为厂坝层，是矿区的主要含矿带。褶皱构造对矿物质的运移和富集有明显影响，在褶皱发育较强的区域，矿物质容易集中成矿。矿区还发育多条断层，包括EW～N70°W走向断层和N50°～70°E横向断层。根据形成的先后次序，断层可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期。Ⅰ期断层多为层间逆断层，沿不同岩性层或小角度斜切岩层。Ⅱ期断层以北东向为主，对含矿地层和矿体有一定的破坏作用，而Ⅲ期断层则为顺层或斜切岩层，形成复杂的扭裂面。断层对矿体的分布和延伸有明显的影响，其中Ⅰ期断层对矿体的影响相对较小，而Ⅱ期和Ⅲ期断层则对矿体造成一定的破坏和错动^[2]。

3 物探技术概述

3.1 FLTD100瞬变电磁仪与ZLD(A)钻孔电磁波超前仪的基本原理

在探测过程中，仪器通过在地面布置发射线圈，在短时间内向地下发射强大的脉冲电流，激发地下导电体产生二次电磁场。接收线圈则记录二次电磁场的衰减信号，根据这些信号的变化特征，反演出地下导电体的分布和性质。该设备具有探测深度大、灵敏度高的特点，适用于识别采空区和富水带等具有明显电性差异的目标区域。在厂坝铅锌矿的应用中，FLTD100瞬变电磁仪被用于探测矿体周围可能存在的采空区，对异常信号的分析，推测采空区的范围、形态和位置，为施工过程中的安全防护提供科学依据。设备在探水中的应用也较为有效，能够识别富水区的电性特征，判断地下水的分布情况。

ZLD(A)钻孔电磁波超前仪通过在钻孔内布置发射电极，向钻孔周围的岩层发射高频电磁波，接收电极记录岩层对电磁波的反射信号。岩层的不同性质会导致反射信号的频率、振幅和相位发生变化，根据这些变化反演出岩层的密实性、含水性及内部构造的特征。在厂坝铅锌矿，ZLD(A)钻孔电磁波超前仪主要用于探测钻孔前方和侧方的地质情况，对潜在富水区和断层的识别效果显著。超前探测手段在施工中具有重要的预警作用，在开采过程中有效避免突发水涌事故的发生。

3.2 ZLD(A)钻孔电磁波超前仪

在探空过程中，物探技术通过识别地下空洞的电性异常来圈定采空区的位置和范围，有助于提前制定防护措施，保障采矿作业的安全性。而在探水过程中，物探技术则通过分析电磁波反射信号的变化，明确富水带的分布和地下水的活动情况，为排水和防水设计提供科学依据。物探技术的应用，提高了矿区的安全性，还优化了资源的开发利用效率，促进了矿区的可持续发展^[3]。

4 物探技术探空、探水成效分析

4.1具体结果分析

在采区962米水平Ⅲ8和Ⅲ7矿体的51线探测作业中，物探与钻探结果呈现出较好的一致性，圈定了两个异常区域，分别标记为异常E1和E2。异常E1位于探测点左前方69°到右前方60°之间，异常中心距离探测点约20米，主要分布于986米至938米水平之间。该区域的异常跨度较大，但异常范围较小，初步推测可能是由于支护干扰所致，也不排除存在采空区的可能性。E2位于探测点正前方，异常中心距探测点约70米，主要分布于938米至986米水平之间，表现出较为明显的电性异常特征，是采空区的存在所引起。

在47线的探测中，FLTD100仪器也圈定了一个异常区域，即异常E1，位于探测点正前方与右侧30°之间，异常中心距离探测点约20米。该异常主要位于962米至974米水平之间，表现为强烈的电性异常信号，为采空区。在49线的探测作业中，仪器探测出两个异常区域，即异常E1和E2。E1位于探测点左前方30°到右前方30°之间，异常中心距探测点约20米，主要分布于986米至950米水平之间；E2位于正前方，异常中心距探测点约70米，主要分布于974米至962米水平之间。异常信号在不同的探测线中反复出现，且具有一定的空间延续性和电性特征相似性，这表明异常区很可能为采空区。

4.2 结果解读

FLTD100瞬变电磁仪所检测到的异常信号多为采空区和支护干扰的混合结果。在986米至938米水平之间的E1异常，尽管跨度较大，但信号强度和范围相对较小，这是由于采空区周围的支护设施对信号的屏蔽作用所致。在矿区内支护较为密集的地段，电磁信号可能受到一定程度的干扰，导致异常范围显得较为局限。E2异常则表现为较为明显的空区特征，其电性异常信号具有较高的一致性和延续性，且与钻探结果基本吻合，验证了E2区域内存在采空区的可能性。

FLTD100瞬变电磁仪在探空中的准确性较高，在矿体周围的采空区识别上，表现出良好的探测效果。在支护较为密集的区域，电磁信号容易受到金属支护设施的干扰，导致异常范围不易确定，甚至出现误判。对于深部较小的采空区，瞬变电磁仪的探测效果可能受到限制，在异常体的形态不规则时，探测结果的准确性可能会下降。由于矿区内多条断层的存在，这些地质构造也会对电磁信号产生一定的影响，增加了探测结果的复杂性和解释难度^[3]。

5 ZLD(A)钻孔电磁波超前仪探水成果分析

5.1 探测结果分析

在厂坝铅锌矿的探水作业中，ZLD(A)钻孔电磁波超前仪通过对钻孔周围不同深度和半径内的探测信号分析，提供关于地下岩层含水性和致密性的详细信息。在采区962米水平Ⅲ8和Ⅲ7矿体的53线探测过程中，该仪器的探测深度范围为0-51米，探测半径为12.5米。探测信号主要表现为高频、中低振幅反射信号，局部区域则出现低频、高振幅的反射异常信号，岩层在不同深度和范围内的物理性质存在明显变化。

在钻孔0-11.5米深度、半径0-7米的范围内，探测信号主要表现为低频、高振幅特征，且反射波强度较大，规模较为明显，反射波的同相轴连续性较差。结合地质资料分析，这一信号特征表明该段岩层的致密性较差，岩石相对松散，含水性较强，在6.5米深度处，反射波同相轴出现错位，推测是由于断层的存在所引起。这一段岩层的物理性质对施工安全有较大的影响，松散的岩层容易导致水涌风险，特别是在钻孔推进过程中应采取必要的防护措施，防止突发性水涌事故的发生。

在11.5米到35米的探测范围内，信号特征发生显著变化，主要表现为中高频、中低振幅反射信号，强度适中，反射波同相轴的连续性较好。该段岩层的致密性相对较高，内部构造较为简单，岩石相对完整，含水性较低。根据这些信号特征判断，该深度段的岩层在施工过程中具备相对较高的稳定性，水涌的可能性较小。虽然含水性较弱，在施工中仍需保持警惕，在接近岩层过渡带时，会遇到局部的含水带。

在35米到44米深度、半径2.5-8.5米的范围内，探测信号再次表现为低频、高振幅特征，反射波强度较大且同相轴较为连续。结合地质特征分析，这一段岩层的致密性较差，含水性较强，是由于岩层受构造应力影响而产生了裂隙，导致地下水易于在此区域富集。岩层的特性在施工过程中会引发突发性水涌，在钻孔推进至该段时，应采取适当的超前预探措施，准备应急排水设备，保障施工安全。

在44米到50米的探测范围内，信号特征为中高频、低振幅，反射波强度和规模较为一般，反射波同相轴连续，表明该段岩石的致密性较高，岩层较为完整，含水性较弱。这一段岩层的特性对于施工安全具有积极意义，其较高的致密性和较低的含水性大大降低了水涌的风险^[4]。尽管此段岩层较为稳定，在施工过程中仍需密切关注地层变化，在过渡段附近，会存在局部的小规模含水带。

5.2 结果解读

仪器能够准确识别不同深度段岩层的致密性和含水性特征，在富水性强的区域，反射信号的低频高振幅特征为评估岩层的含水性提供了可靠依据。对于厂坝铅锌矿的施工安全而言，这一探测结果具有重要的指导意义。对富水带的准确识别，在施工过程中提前采取排水、防护措施，有效降低水涌风险。ZLD(A)仪器还可在岩层过渡带和断层附近的探测中发挥预警作用，为施工人员提供实时信息支持。

6 结论

FLTD100瞬变电磁仪和ZLD(A)钻孔电磁波超前仪在识别采空区和富水带方面具有较高的灵敏度和准确性。两种物探技术有效地圈定了采空区的分布范围，还为富水带的识别提供了可靠的数据支持，在矿区的安全生产中发挥了重要作用。物探技术的非破坏性和快速探测能力，促进矿区资源的合理开发和可持续利用。物探技术的应用提升了矿区的安全管理水平，为优化开采策略提供了科学依据。

参考文献：

[1]刘煌睿,闫海虎,常莎,等.物探技术在滩涂开发地块土壤信息探测中的应用[J/OL].昆明理工大学学报(自然科学版),1-11[2024-10-24].

[2]陈兴隆.综合物探技术在隐蔽采空区精细探测中的应用[J].中国矿业,2024,33(09):101-109.

[3]谭磊,彭渊,张平松,等.堤坝蚁巢综合物探技术研究进展[J].水利水电科技进展,2024,44(05):7-15+47.

[4]陈楠,陈世锋,吴强,等.物探技术在隧道工程全生命周期中的应用研究[J/OL].隧道建设(中英文),1-19[2024-10-24].