綜合物探方法在煤田采空區(qū)探測中的應(yīng)用

摘要：文章介紹了在煤田采空區(qū)探測中使用的綜合物探方法和手段及其基本原理和技術(shù)特點(diǎn)。探測結(jié)果表明，綜合物探方法的運(yùn)用提高了采空區(qū)探測的準(zhǔn)確度和精度，基本查明了采空區(qū)的層位、分布、范圍，對荒山綠化用地進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估，為用地規(guī)劃提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：綜合物探法；采空區(qū)；直流電測深；高密度地震映像

中圖分類號(hào)：P631文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）09-0019-02

齊馬山荒山綠化建設(shè)工程，建設(shè)用地約0.43平方公里。該建設(shè)用地范圍內(nèi)分布有西山老君廟煤礦、101團(tuán)猛進(jìn)煤礦。由于煤礦生產(chǎn)，在建設(shè)區(qū)內(nèi)已形成多處地面塌陷，同時(shí)還可能存在其它未塌陷的采空區(qū)，這些采空區(qū)對建設(shè)工程構(gòu)成潛在危害。自然查明采空區(qū)就成為本次物探工作的主要任務(wù)。

一、測區(qū)地形及地球物理特征

測區(qū)內(nèi)塌陷區(qū)在地表依稀可辨，基本按75°方向平行分布。原始地形地貌保留尚好，地形平坦，根據(jù)以往勘察經(jīng)驗(yàn)，侏羅紀(jì)地層中煤層的電阻率值一般在20～30Ωm之間變化，砂巖的電阻率值一般在15～25Ωm之間變化，泥巖的電阻率值一般在4～18Ωm之間變化。空體電阻率值近似為無限大，空體在地表引起的電阻率異常強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其它巖性地層在地表引起的電阻率異常強(qiáng)度，在本區(qū)使用直流電阻率法存在物探工作的前提條件。第四系地層與下伏的侏羅系地層之間以及煤層與圍巖之間存在密度差異和彈性波速度差異及電性差異。地震波在其中的傳播波速不同，往往容易形成地震界面（波阻抗界面）；在煤層采空區(qū)或塌陷區(qū)上地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特征有明顯變化，即會(huì)發(fā)生波形同相軸位移、時(shí)間突變、波速和振幅急劇衰減、波形零亂等現(xiàn)象。研究地震波的上述變化規(guī)律，可對工作區(qū)內(nèi)煤層采空塌陷現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別。

二、外業(yè)工作方法

直流電測深：剖線走向與煤層走向垂直，根據(jù)地形地物特點(diǎn)布設(shè)剖面線，點(diǎn)距20m，最大供電極距L=450m。

高密度地震映像：重合電測深剖面，對點(diǎn)測深發(fā)現(xiàn)異常進(jìn)行驗(yàn)證。

三、資料解釋與推斷

（一）數(shù)據(jù)處理

縱向斷面采用算術(shù)坐標(biāo)繪制斷面等值線圖，水平比例采用1:2000，垂直比例采用1:5000；水平斷面采用每一點(diǎn)的坐標(biāo)及電阻率分別繪制AB/2=100、200、300m平面等值線圖，比例尺為1:1000，等值線間距5Ωm，根據(jù)等值線疏密程度適度標(biāo)注電阻率數(shù)據(jù)。

（二）圖件編制

使用SUFER編圖軟件制作視電阻率斷面等值線圖。圖面比例尺各剖線應(yīng)基本一致，編圖參數(shù)的設(shè)置應(yīng)基本一致。

（三）異常確定的一般原則

1．異常寬度大于2m，等值線與巖層一致或近似垂直在垂向上密集排列。

2．高阻圈閉區(qū)域呈帶狀沿垂向分布，中心圈閉值大于150Ωm，最小圈閉值為18Ωm。

3．對大于50Ωm的或不連續(xù)分布的獨(dú)立異常不予評價(jià)。特大數(shù)值予以剔除（屬干擾因素引起的異常）。

（四）異常分類

根據(jù)異常的斷面形態(tài)、異常點(diǎn)的曲線形態(tài)、異常值的大小、平面組合特征，結(jié)合一般地質(zhì)認(rèn)識(shí)對本次圈定的異常分類如下：

1．電阻率在150Ωm以上，反映在縱斷面上為高阻閉合圈，可定為高阻異常。該類異常一般由厚煤層與采空體共同引起。

2．電阻率在18Ωm以下, 反映在縱斷面上為低阻閉合圈，可定為低阻異常。該類異常一般由塌陷充水與采空體

共同引起。

四、成果

Ⅰ-Ⅰ剖面中3號(hào)點(diǎn)至11號(hào)點(diǎn)表層為回填砂礫石層，電阻率為100～250Ωm，12號(hào)點(diǎn)至31號(hào)點(diǎn)表層不均勻，其成分為腐殖土、砂礫石，山體上部分出露基巖，覆蓋層厚度從幾米變化到20多米，從視電阻率等值線斷面圖看出：異常部位有兩處，1～2～3～4號(hào)點(diǎn)、20～21號(hào)點(diǎn)，定量解釋1、3號(hào)點(diǎn)：1號(hào)點(diǎn)煤層頂板16米，底板無解；3號(hào)點(diǎn)煤層頂板17米，3號(hào)點(diǎn)底板49米，鉆孔在19號(hào)點(diǎn)附近采空頂板48米,物探解釋為53米，21號(hào)點(diǎn)煤層頂板28m，底板84米；20號(hào)點(diǎn)地震映像圖中也可看出，第一個(gè)同相軸出現(xiàn)向上彎曲時(shí)間為65ms，其深度為48.7米左右，第二個(gè)同相軸出現(xiàn)向上彎曲時(shí)間為120ms，其深度為90米左右。

剖面中3號(hào)點(diǎn)至12號(hào)點(diǎn)表層為回填砂礫石層，電阻率為100～250Ωm，13號(hào)點(diǎn)至25號(hào)點(diǎn)表層不均勻，其成分為腐殖土、砂礫石，山體上部分出露基巖，覆蓋層厚度從幾米變化到10多米，從視電阻率等值線斷面圖看出：異常部位有3處，4～5號(hào)點(diǎn)、10號(hào)點(diǎn)、23～24～25號(hào)點(diǎn)，其中5、10號(hào)點(diǎn)異常深度52.5米，異常中心25號(hào)點(diǎn)異常深度較大，采空深度為80m左右；5號(hào)點(diǎn)地震映像圖中也可看出，同相軸出現(xiàn)向上彎曲時(shí)間為70ms，其深度為52.5米，25號(hào)點(diǎn)地震映像圖中也可看出，同相軸出現(xiàn)向上彎曲時(shí)間為100ms，其深度為78米。

上面利用電性資料和地震資料從剖面垂直方向上進(jìn)行分析，下面從不同深度AB/2=100、200、300m水平面電性變化分析異常的分布范圍：

平面位置上利用電性分布情況，異常分布范圍，判定采空區(qū)的范圍、走向，反映高阻閉合圈為采空異常（紅色區(qū)域），從中判斷異常寬度及塌陷區(qū)的范圍、走向，低阻閉合圈為塌陷或地層構(gòu)造異常（藍(lán)色區(qū)域）。

綜合上述垂直斷面和不同深度水平面資料分析，結(jié)合前面提出的異常判斷原則，綜合判定Ⅰ-Ⅰ剖面：1、2號(hào)點(diǎn)異常屬采空異常，3號(hào)點(diǎn)煤層頂板17m，3號(hào)點(diǎn)底板49m，推測采空中心深度為90m～120m；21號(hào)點(diǎn)異常屬采空異常，第一采空中心深度為48.7m，第二采空中心深度為90m左右。Ⅱ-Ⅱ剖面：3、4、5號(hào)點(diǎn)和10號(hào)點(diǎn)異常屬采空異常，其中心深度50m左右。經(jīng)在Ⅱ-Ⅱ剖面5號(hào)、10號(hào)布置鉆孔驗(yàn)證，5號(hào)點(diǎn)未見采空，但巖層比較破碎，漏漿嚴(yán)重，10號(hào)點(diǎn)在深度51米見采空區(qū)，與物探解釋采空深度一致。

五、結(jié)論

直流電阻率法能夠較直觀、形象地反映斷面電性異常的范圍、走向等，地震映像法對電性異常處進(jìn)行了有效的驗(yàn)證，二者綜合運(yùn)用,提高了采空區(qū)探測的準(zhǔn)確度和精度,基本查明了采空區(qū)的層位、分布、范圍。

隨著電子和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，工程物探技術(shù)不斷提高，其應(yīng)用范圍也不斷拓寬，然而無論哪一種物探技術(shù)方法都存在著一定的條件性和局限性，因此在解決較復(fù)雜工程地質(zhì)問題時(shí)，應(yīng)考慮采用綜合物探技術(shù)和綜合分析解釋，使各方法成果相互佐證，取長補(bǔ)短以提高物探資料解釋精度和可靠性，便能取得理想的勘察效果。

參考文獻(xiàn)

[1]王振東．淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：地質(zhì)出版社，1998．

[2]傅良魁．電法勘探教程[M]．北京：地質(zhì)出版社，1990．

作者簡介：朱金彪，男，新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院勘測總隊(duì)助理工程師，研究方向：工程物探。