老挝他曲钾盐矿中利用探地雷达辅助探矿效果分析
单联生
【摘 要】老挝他曲钾盐矿山采掘方式的特殊性,使其对探矿任务的要求不仅是对开拓、采准范围内矿体的控制和保证生产矿量的储备,还要求能够及时的指导施工,保证生产安全.传统探矿手段效率低,时效性差,难以满足生产探矿及指导施工的需求.通过与传统探矿手段的对比及相互验证,在坑探钻探的基础上结合利用拉脱维亚ZOND-12e型探地雷达辅助探矿,在缩短探矿周期,及时指导施工,节约探矿成本等方面具有显著效果.
【期刊名称】《化工矿产地质》
【年(卷),期】2017(039)004
【总页数】6页(P244-249)
【关键词】探地雷达;钾盐矿;辅助探矿;效果分析
【作 者】单联生
【作者单位】中农国际钾盐开发有限公司,北京 100073
【正文语种】中 文
【中图分类】P619.211
1 前言
泰国aff
探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR），是一种无损探测仪器，具有轻便快捷、操作简单、高效准确等特点，是利用高频宽频电磁波探测地下介质分布特征的一种地球物理探测技术，通过对雷达图像的判读可确定目标体（管道、洞穴、埋藏物、地层等）的分布特征，也可以通过读取接收到的反射波传播时间和求取电磁波传播速度来计算目标体的埋藏深度，其应用范围从最初的冰层、盐层等弱耗介质扩展到土层、煤层、岩层等有耗介质中，在岩土工程勘察、水文地质勘察、工程质量检测、地下埋藏物探测、塌陷和岩溶勘察、矿产资源勘探和考古学、冰河学等众多领域得到广泛应用【1】。
由于含盐岩石具有良好的电磁波传输性能，利用电磁波在岩盐中的这一性能，把雷达原理应用到钾盐矿中进行勘探是可行的【2】，该方法对矿床的勘探、矿床界限、内部构造以及
绘图等方面卓有成效。自此之后，美国、加拿大等众多国家已经把这种以雷达原理为基础的勘探方法运用到盐矿中。
探地雷达古代探测深度从几厘米至几十米甚至近百米不等【3】。钾盐矿通常是埋深较大的矿产资源，受探测深度限制，雷达在钾盐矿方面的应用比较少，但考虑到钾盐与泥岩及泥膏岩的明显电性差异，选择合适的雷达系统，可以作为钾盐矿山生产探矿中的辅助探矿手段。在以机采为主要采掘手段的现代矿山采掘模式中，钾盐矿山的开采具有其特殊性。老挝他曲钾盐矿主要的矿石产出为光卤石，其矿层沉积规律决定了矿体直接顶板为厚薄不均的原生层状钾石盐或岩盐，钾盐相较于钾盐层及光卤石矿层具有较大的抗压强度，能够对巷道起到一定的支护作用，开采过程中适当保留一定厚度的顶部盐层和矿房间柱可保证巷道顶板及围岩的安全和稳定性，无需支护作业，因此维持一定的矿层顶板厚度显得尤为重要。巷道掘进过程中，常规的探矿手段并不能随施工进行及时的探明前方矿体赋存情况，给施工带来一定的盲目性，增加了施工安全风险。另外，由于探矿设备及探矿力量的限制，传统的坑探与钻探结合的探矿方式成本高，效率低，探矿工作存在严重滞后的情况。为此，我们引进了拉脱维亚ZOND-12E型探地雷达辅助探矿，采用雷达与坑内钻结合的全新探矿方式，以达到保障施工安全，提高探矿效率的任务要求。
2 矿区地质概况
本矿床位于泰国沙空那空盆地的东端北缘，属于沙空那空成钾盆地的一部分，沙空那空盆地则位于呵叻高原的北部，面积约为20 200km2。呵叻高原位于印支中间地块，它处于藏滇印支地槽褶皱系南段。其南、西及北东三面分别以北柬埔寨、南乌江、湄公河深大断裂控制，构成一个独特的长期持续下降的拗陷带，其中沉积了广泛厚大的中新生代红碎屑岩建造，特别是早白垩世晚期的燕山运动，使拗陷内沿大断裂方向形成一系列的凹陷和水下隆起，控制了本区晚白垩—老第三纪的成盐盆地的展布。此后，虽经历了多期构造运动影响，而高原内部的构造仍较简单，其形态总体上为边缘向上翘，周边地层向盆地中心倾斜，盆地内多以平缓波状褶曲为主，断裂较少。盆地中部被普潘隆起（马哈沙拉堪盐系沉积时为水下隆起）所隔，把大盆地分割为两个相对独立的盆地，北面的称为“沙空那空盆地”，南面的称为“呵叻盆地”【4】（图 1）。
图1 呵叻高原及老挝邻区构造略图（据钱自强等，1994）Fig.1 Structure of the Khorat plateau and adjacent areas of Laos (according to Qian Ziqiang et al., 1994)1.玄武岩；2.马哈沙拉堪组和可能更新的地层；3.班纳尤组；4.普潘组；5.普拉维汉组及少夸组；6.普坎东组；7.普坎东—普潘组；8.古生代地层；9.开采区
开采区矿床成矿地质条件与沙空那空盆地基本一致，属于海源陆相蒸发沉积钾盐矿床，系由光卤石、钾石盐、岩盐所组成的氯化物型钾盐矿床，主要构造为盐背斜，走向北南，两侧伴随有向斜的部分。背斜轴部的上覆下泥层和中盐层的厚度变薄或缺失，由于盐类沉积的可塑性和重结晶性，难以确定其产状和位置。主矿种为钾镁盐矿产，主要钾盐层沉积于第一沉积旋廻的晚期，主要矿石产出为光卤石，直接顶板为次生钾石盐或岩盐，间接顶板为泥岩，底板为岩盐，根据钾矿层矿物组合和沉积序列，分为岩盐—光卤石—岩盐（A）型，岩盐—光卤石—钾石盐—岩盐（B）型，岩盐—钾石盐—光卤石—岩盐（C）型，岩盐—钾石盐—光卤石—钾石盐—岩盐（D）型，开采区矿层沉积以C型为主（图2）。
图2 开采区下盐层C型沉积盐背斜层位示意图Fig.2 Sketch map of C type sedimentary strata salt anticline horizon, in mining area lower salt beds1.泥岩；2.岩盐；3.钾石盐；4.光卤石
3 探地雷达在钾盐矿床中的应用
老挝他曲钾盐矿位于盆地边缘，主要构造为盐背斜，两翼矿体整体较平缓，多小型褶皱，矿区从最早的沿脉探矿和穿脉探矿方式逐渐演变为探矿穿脉和坑内钻相结合的方式，之后
为提高探矿效率，降低探矿成本，结合实际地质条件，演变为全部用坑内钻的探矿方式，基本不用探矿穿脉探矿，这种方式已经在节能降耗方面取得较大的成绩。但不足的是，为保证施工安全，在井下巷道掘进过程中需要及时掌握前方矿体赋存情况，即及时进行超前探测，以保证光卤石上覆钾盐厚度维持顶板稳定，坑内钻施工进度较慢，在一定程度上影响生产的进行。探地雷达的操作简便快速准确的性能，不仅可以有效解决超前探测的问题，做到边探边掘，还可以进一步提升探矿效率。
3.1 探测方式的确定
常用的双天线探地雷达探测方法有两种，即剖面法和宽角法【5】，需结合矿山实际地质情况和探测目的选择探测方法。辅助探矿的目的，主要是探测巷道横纵剖面上目标岩体的厚度，适合用剖面法，发射天线与接收天线以固定间隔沿测线同步移动，每移动一次，便获得一个点的雷达时间深度剖面记录，在一条测线多点连续探测，最终生成连续的雷达时间深度剖面图像，其横坐标为天线在测线上的位置，纵坐标为探测深度（也有雷达显示为雷达波的渡越时间）。
3.2 天线的选择
探地雷达在不同探测介质中的探测深度不同，一般来说，在钾盐矿中的探测深度较浅，影响探地雷达的探测深度、分辨率以及精度的因素是多方面的，如探测对象所处环境的电导率、介电常数等因素，另外探测方法、所采用频率、采样速度等也对探测结果有所影响【6】。拉脱维亚ZOND-12e型探地雷达配备了两种低频天线（另有高频天线可选），分别为 150-75-38Mhz天线（非屏蔽、空气耦合）以及100Mhz天线（屏蔽、路面耦合），其中100Mhz路面耦合天线探测深度参考范围为 5～30m，受周围金属及用电设备干扰较小，150-75-38Mhz手持型空气耦合天线探测深度范围为 7～45m，易受周围金属和用电设备的干扰。在探测点周围无较大干扰源（主要为用电设备，测点钉头等）时，可选用较为方便的手持型空气耦合天线。通过前期的探测实验，合理的参数设置以及理想的探测环境，可使探测范围达到5～50m，能够满足生产探矿的需要。
3.3 测点布设及网度控制
确定探测目标地点后，由地质人员根据需要给出探测方位及探测间距，测量人员根据给出的方位和间距进行放点工作，放点完成后，还要对探测地点进行检查，主要是观察电缆等用电设备或钉头等金属物体是否与雷达测线测点有足够的距离，对可能影响探测效果的干
扰物需进行清理或移动，难以移动的，要根据实际情况调整测线测点位置，最后进行探测。探测的网度要根据目标巷道内地质资料的掌握情况及坑内钻的布设网度确定，根据经验，一般每2个坑内钻之间布设2～3个测点可以很好的控制矿体变化，对于巷道前后未揭露顶板而附近又没有钻孔控制的位置，可以适当加密。
探地雷达资料反映的是地下介质体的电性分布，要把介质的电性分布转化为地质情况，必须要在充分了解矿区区域地质的情况下，结合钻探与雷达资料，建立合理的地质-地球物理模型，并以此作为雷达资料解释的基础，得到探测位置的地质情况。要掌握雷达波形在钾盐不同介质中的特征和了解雷达的探测效果，钻探资料与雷达探测资料的双向验证是行之有效的方法之一。
4 探地雷达对钾盐矿床探测效果验证
4.1 利用矿体已探明区域建立波形变化特征初始参数
为明确探地雷达在钾盐矿体中对不同岩性的图像特征，我们首先在已由坑内钻探矿完成的某探矿巷布设了探测点，测点位置选择在坑内钻孔口点，为尽量减少周围环境干扰以及巷
道全空间响应的影响，我们选择了100Mhz路面耦合天线来做本次探测，介质参数设为干盐，共 8个测点，每个测点测深45m，探测距离为5m，探测方式为步进式连续探测，最后将其中 6个有效探测点的原始数据处理，雷达原始探测资料进行的处理包括滤波降噪，调整增益等，旨在优化数据资料、突出目标体、最大限度地减少外界干扰,为进一步解释提供清晰可辨的图像【7】。然后进行地质填图，并对比矿体纵剖面岩性变化位置与雷达波形图变化趋势，此处以其中第四个测点为例，得到了波形图及道检测资料（图3）。
图 3左侧为处理完成的输出视图，即以测点为起点前进5m范围的雷达波形剖面，横轴为探测距离，纵轴为探测深度，纵轴 0点位置即为雷达天线与巷道顶的接触面，波形的变化代表探测纵向范围内电性差异介质的界面；右侧为其中一点道检测图，对应左图中标记为 1的位置，代表该点处雷达波在一点处纵向上的变化，T为波形摆动跟踪，A为波的衰减曲线，道检测图能够清晰反映雷达波的相位振幅等变化，为正确读数提供清晰准确的依据。