TEM與測氡在孝義礦區采空區勘查中的應用

侯 云 英

(山西省地球物理化學勘查院，山西 運城 044004)

TEM與測氡在孝義礦區采空區勘查中的應用

侯 云 英

(山西省地球物理化學勘查院，山西 運城 044004)

介紹了瞬變電磁法和測氡法的勘探原理及其在采空區上的理論響應特征，通過實例分析了瞬變電磁法結合活性炭測氡法在煤田采空區勘探中的綜合應用效果，指出兩者在采空區探測中異常對應較好，探測結果一致，兩者結合應用于采空區探測中可取得最佳的效果。

瞬變電磁，測氡，煤田采空區

瞬變電磁法以其經濟、實用，且對水的敏感性好的優勢，近年來已被廣泛的應用于煤田采空區富水的勘查中，但其物探方法單一，對異常的劃分具有一定的局限性。本文主要介紹了瞬變電磁法結合活性炭測氡法在晉中南煤礦采空區及其富水情況勘探中的綜合應用效果。

1 瞬變電磁法

1.1 勘探原理

瞬變電磁勘探法是一種利用電磁感應預測地下礦產及地下地質體的地球物理勘探方法。它是在地表敷設不接地線框或接地電極，輸入階躍電流，然后將回線中的電流突然斷開的瞬間，在地下產生二次感應場，利用不接地線圈或儀器探頭來觀測地下二次場隨時間變化的情況，以此來研究地下地層的電性特征，分析地層情況和地質構造情況，以達到解決地質問題的目的。

1.2 采空區電性理論特征

巖層與煤層采空區、采空富水區、空洞、塌陷、裂隙帶之間的較大電性差異是利用瞬變電磁法勘探的地球物理前提。當地層在橫向上分布較均勻，無空洞、裂隙發育時，電阻率則在水平層上分布均勻一致，無彎曲和凸凹等突變現象。當煤層被采出后，在巖層內則形成一定范圍內的空洞，產生地層電性特征的變化，在空洞區形成相對高阻區域。圍巖因煤層的采掘受到一定的擾動，穩定性變差，應力發生變化，隨著時間的推移，在地球重力的作用下則會產生塌陷和裂逢，地表水、地下水就會沿著裂縫和透水地層涌入空洞，此時地層電性特征又會發生變化，在富水空洞及充水裂隙區域顯示相對低阻特征。瞬變電磁法就是利用煤層采掘前后地層電性特征的變化，來尋找煤層采空區及富水區。

2 活性炭測氡法

2.1 勘探原理

氡是一種無色、無嗅、無味的放射性氣體，也是一種惰性氣體，常規條件下不易參加化學反應，但能被固體物質所吸附，其中活性炭等固體物質吸附氡的能力較強。主要是由于活性炭和氡都為非極性物質，這兩種物質相互接近時，其分子和原子在電力轉動和核振動的作用下，發生電子與電子核之間的相對位移，產生瞬時偶極而產生色散力，氡就是在接近活性炭時被活性炭產生的色散力所吸附。根據活性炭中吸附氡數值的大小，可知所測地區氡氣的含量，進而推斷地下地質構造情況。

2.2 采空區氡理論特征

一般來講，煤是在還原條件下形成的，且呈褐色或深褐色，所以煤中含有較高的放射性元素。氡是由放射性元素鐳衰變來的，而氡又繼續衰變并產生系列子體。且氡具有很強的縱向運移能力，其向上運移能力大于向下運移能力,縱向運移能力大于橫向運移能力。這為測氡技術在煤礦采空區上的應用提供了一定的前提條件。煤層被采掘后形成空洞，圍巖受到一定擾動，發生應力變化產生塌陷和裂隙，為氡從周圍地層向采空區運移及由采空區向地面的運移提供了儲集區和通道，使得采空區上方出現氡異常區。總之，通過各種作用，氡氣元素由周圍地層向采空區移動，在采空區內富集，再由采空區向地表運移，在地表形成一個與采空區形態相應的氡異常區。因此，可以通過測量地表氡元素的濃度(實際是測量氡及其子體衰變所釋放的γ射線的強度)來圈定煤礦采空區的位置和范圍。

3 探測區概況

勘探區屬山西省孝義市陽泉曲、西泉、驛馬及柱濮鄉(鎮)管轄，西南鄰交口縣西邏、李家坡村，南鄰靈石縣東邏、金莊村。地處呂梁山中段之西麓，地形地貌屬黃土高原低山丘陵區，由大型沖溝相間組成，地勢陡峻，北高南低，沖溝發育，地形復雜。區內最高點為西北部高唐板村北梁頂，海拔1 206.20 m，最低點處于南部李家溝河河床，海拔為882.69 m，相對高差為323.51 m?？碧絽^內絕大部分為新生界覆蓋，僅在較大溝谷中有二疊系下統下石盒子組和山西組部分地層出露。據鉆孔揭露地層資料，基巖地層主要有古生界二疊系上統上石盒子組、下統下石盒子組和山西組、石炭系上統太原組、中統本溪組及奧陶系中統峰峰組、馬家溝組?？碧絽^內主要含煤地層為石炭系中統本溪組、上統太原組和二疊系下統山西組。

4 資料處理

1)瞬變電磁資料處理。本次瞬變電磁資料處理采用加拿大GEONICS公司生產的PROTEM EM-67瞬變電磁系統自帶軟件進行資料處理。本次數據處理流程主要包括：濾波、關斷時間校正、圓滑、視電阻率的計算、時深轉換、反演、地形校正、繪制參數圖件。

2)測氡資料處理。氡氣測量的資料處理采用太原理工大學測氡課題組研制的專用測氡數據處理軟件，對測氡數據進行處理，數據處理包括預處理階段和成圖階段，活性炭測氡數據的預處理[1]是將測量回來的單個測量點的數據提取成報告中所需的數據，進行時間校正(輸入埋杯、取杯時間)，以消除各測點因埋杯、取杯及衰變時間的不同造成的誤差，主要包括標準化處理、歸一化處理、儀器校正、實測γ強度的修正(時間校正)、均滑處理等方面。最終繪制出各測線剖面圖和平面等值線圖。

5 應用效果

圖1和圖2分別為本勘探區3線、4線瞬變電磁測深成果斷面圖及相對應的測氡曲線圖。由瞬變電磁測深斷面圖可看出從1 400點～1 500點間，視電阻率等值線明顯向下彎曲，同一深度層上其明顯顯示為相對低阻，推斷此處為積水采空區，其相對應的測氡曲線值較高，氡值基本在1 100個計數/3 min以上，此處為氡值異常區。此處瞬變電磁探測結果和氡值探測結果對應較好，因此圈定此處為低阻采空異常區，后經礦區資料調查和實地驗證，此處為一積水采空區。

圖3為勘探區550線瞬變電磁測深成果斷面圖及相對應的測氡曲線圖。圖中圈定區域為視電阻率高值區與氡高值區，兩者相對應較好，因此推斷圖內圈定區域為高阻采空異常區，結果有待進一步驗證。

6 結語

通過對本礦區進行地面瞬變電磁法和活性炭測氡法兩種物探方法的綜合勘探，綜合解釋對比，可知，瞬變電磁法和活性炭測氡法在本區采空區探測中異常對應較好，探測結果一致。通過以上實例分析，可以說明，將瞬變電磁法與測氡法兩者結合應用于采空區探測中可以取得良好的勘探效果。

[1] 楊建軍，申 燕，劉鴻福.測氡法和瞬變電磁法在探測煤礦采空區的應用[J].物探與化探，2008，32(6)：661.

[2] 段鴻杰,唐岱茂,曹為民.測氡技術圈定采空區影響邊界的應用[J].華北地質礦產雜志，1999，14(1)：71.

[3] 張志強.瞬變電磁法在鳳凰山礦采空區防治水中的應用[J].山西焦煤科技，2010(10)：11.

The application of TEM prospecting and activated carbon adopting radon about the exploration of the coalfield goaf

HOU Yun-ying

(GeophysicalandGeochemicalExplorationInstituteofShanxiProvince，Yuncheng044004，China)

This paper introduced the exploration principle of transient electromagnetic method and radon measurement method and its theory response characteristics in gob, through the example analyzed the comprehensive application effect of transient electromagnetic method combined with the active carbon radon measurement method in coalfield gob exploration, pointed out that the two methods in gob detection had anomalies correspond, the detection results were consistent, both used in gob area could get the best effect.

transient electromagnetic, radon measurement, coalfield gob

1009-6825(2014)30-0091-02

2014-08-14

侯云英(1984- )，女，工程師

TD163

A