利用三維地震及瞬變電磁法探查老窯、采空區及陷落柱

2013-10-08 03:03:56張昭河北省煤田地質局物測地質隊河北邢臺054000

中國科技信息 2013年18期

關鍵詞：煤礦

張昭河北省煤田地質局物測地質隊，河北邢臺 054000

目前，為了提高煤礦安全生產系數，國家要求煤礦企業兼并重組，這些重組后的煤礦采空區分布及含水情況比較復雜，必須對其進行探測，以保證煤礦安全生產、防治地質災害發生和解決煤礦間越界開采等問題。

三維地震勘探技術，探測煤層構造和地質體精度高，可以查明落差5m以上的斷層、查明直徑大于20m的陷落柱、可查明采空區邊界，被廣泛應用于探查煤礦地質構造的一門成熟技術。

瞬變電磁法可查明構造含水情況，如煤礦采空區、陷落柱含水情況、深部不規則水體等。

將兩種方法結合起來即可對煤礦采空區、陷落柱邊界及含水情況做出探測，為煤礦開采提供技術保障。

下面以山西北祖煤礦三維地震及瞬變電磁綜合勘探為例，說明利用三維地震及瞬變電磁法探查老窯、采空區及陷落柱時的具體應用。

1 地質概況及地震地質條件

1.1 地質概況

測區內地層由老到新為奧陶系、石炭系、二疊系、第三系及第四系，含煤地層為太原組和山西組，地層總厚度182.75 m，共含煤層（線）5～9層，煤層總厚度23.99 m，總含煤系數為13.13%。其中主采煤層4煤、9煤煤層間距0.38m～4.66m，平均1.50m。且在測區內合并為4-9煤，煤層厚度13.20m～15.78 m，平均14.38m。

1.2 地震地質條件

勘探區位于洪濤山脈的西側，為典型的黃土丘陵地貌，黃土沖溝發育，地表最大相對高差169.76m。區內大部分由黃土覆蓋，基巖零星出露于沖溝內。沖刷切割較為普遍，地形比較復雜；淺層大部為黃土，局部含卵礫石，測區東部部分區域淺層基巖風化破碎嚴重。黃土覆蓋區不利于激發層位的選取，基巖和風化帶不利于成孔；煤層的頂底板多為泥巖、砂巖，與煤層波阻抗差異較大，能夠形成能量強、連續性好的煤層地震反射波，主要可采煤層4煤與9煤煤層間距小，因此4煤與9煤形成一組復合反射波（即T4-9）。

2 工作方法

2.1 工作原理

首先利用三維地震圈定老窯、采空區及陷落柱的范圍，再利用瞬變電磁法對其范圍進行確認，以確定其賦水性，排除老窯、采空區及陷落柱對煤礦開采的威脅。

三維地震激發方式采用井中高爆速炸藥激發，60Hz高頻檢波器，BOX無線遙測數字地震儀接收。電法采用瞬變電磁法（簡稱TEM法）尋找低阻異常區，儀器采用加拿大產V8多功能電法儀。

2.2 三維觀測系統的基本參數

本區主采煤層4-9煤的埋藏深度為150m～210m，觀測系統定為：12線6炮制重點激發的束狀觀測系統，每線40道，道間距10m，線間距20m，偏移距10m，CDP網格5m×10m，縱向最大炮檢距200m，橫向最大炮檢距170m，最大非縱炮檢距262.48m。

2.3 瞬變電磁法（TEM法）的基本參數

瞬變電磁法（TEM法）屬于時間域電磁感應法，它利用不接地回線或接地線源向地下發送一次脈沖場，在一次脈沖磁場間歇期間利用回線或電偶極接收二次場，該二次場是有地下良導地質體受激勵引起的渦流所產生的非穩電磁場。根據二次場衰減曲線的特征，就可以判斷地下地質體的電性、規模、產狀等。

通過對本區瞬變電磁野外試驗的綜合分析，確定本次電法基本施工參數為：發送線框邊長選用120m×120m；發射頻率選用單頻25Hz；發射電流大于6A；固定增益選用22。測網布設采用點距40m，線距40m，即基本測網密度為40m×40m，另外在礦方提供的采空區上加密成20m×40m。

3 取得的成果

山西朔州山陰中煤順通北祖煤業有限公司北祖煤礦經三維地震及瞬變電磁綜合勘探后，勘探區內60%區域有不同程度的開采現象，在勘探區西部還發現一長軸大于320m的陷落柱，陷落柱經礦方驗證實際存在；部分采空區富水性很強。

圖1是采空區在時間剖面中的顯示；圖2是陷落柱在時間剖面中的顯示；圖3是視電阻率斷面圖，依據鉆孔資料確定目的層所對應的電性層位，結合定性圖件和已知地質資料分析含水巖層、導水構造的打至范圍，再通過綜合分析及結合計算的視電阻率正反演解釋結果，最終解釋含水層、導水構造的位置和深度；圖4是本區綜合解釋成果圖，區中灰色部分為三維地震圈定的采空區，黑色部分為瞬變電磁圈定的富水異常區。