瞬變電磁法在確定采空區及影響范圍中的應用

■　劉豐武

（山東第一地質礦產勘查院山東濟南250014）

瞬變電磁法在確定采空區及影響范圍中的應用

■劉豐武

（山東第一地質礦產勘查院山東濟南250014）

為尋求確定采空區及影響范圍的可行方法，本文以淄博某煤礦采空區為例，利用瞬變電磁法的原理進行采空區及影響范圍的確定。當地下存在電性不均勻體時，瞬變電磁法會觀測到電性不均勻體的渦流異常場，通過對異常場的分析研究，推斷礦體、采空區、塌陷區等地下盲體的部位和范圍。

瞬變電磁法采空區

0　前言

由于煤礦的開采，致使大史村發生了較大面積的地裂縫、房屋開裂、地面塌陷等災害，初步確定為采空區塌陷。根據當地地質條件及地球物理特征，本次工作采用具有信噪高、分辨力強、探測深度大、探測速度快等優點的瞬變電磁法，用以確定采空區的范圍。

1　瞬變電磁勘探原理及工作方法

瞬變電磁法（TEM）它是利用不接地回線或接地線源向地下發送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間歇期間，利用線圈或接地電極觀測地下半空間二次渦流場的變化，從而達到探測目的的物探方法。

本次瞬變電磁儀器為EMRS-2B型瞬變電磁儀，包括供電部分和接收測量部分等。該儀器是采用小線框（5m×5m），野外施工方便，效率高，有利于壓制隨機干擾，提高信噪比，旁側效應較小，探測深度較大,橫向分辨率較高。

根據地裂縫和地面塌陷的發育特征及礦山開采單位初步提供的采空區分布特征，在南北方向上布設3條勘探線，東西方向上布設4勘探線對村子及周圍進行控制。

2　地質及地球物理特征

2.1地質概況

2.1.1地層

工作區內有奧陶系、二疊系、石炭系、第四系地層，現由老至新分述于下。

（1）奧陶紀馬家溝組(OM)：位于石炭紀含煤地層基底。椐淄博野外實測剖面，總厚度約820m，以白云質灰巖、白云巖、豹皮灰巖和厚層灰巖夾泥灰巖為主。

（2）石炭系～二疊系：假整合于奧陶紀灰巖之上。

①本溪組(CyB)：假整合接觸于奧陶系之上，平均厚度54.13m。

②太原組 (C2-P1yT)：整合沉積于本溪組之上，平均厚度167.95m，為本區主要含煤地層。巖性有砂巖、砂質頁巖、砂頁巖、頁巖、粘土頁巖、薄層灰巖及煤層組成，共含煤10余層，其中7煤層平均厚1.7m。

③山西組(Py)：平均厚度61.78m。巖性由砂巖、砂頁巖、砂質頁巖、頁巖、粘土頁巖和煤組成，為本區又一含煤地段，共含煤10層左右，其中可采煤層有3煤，厚度0.7m左右，為本礦區主要可采煤層之一。

④石盒子組(P)：平均厚度513.55m，巖性由砂巖、砂質頁巖、雜色頁巖、粘土頁巖等組成，為非含煤地層。

（3）第四系：不整合接觸于二疊系之上，厚度0～54.2m，由黃褐色粘土、黃土、砂質粘土、亞粘土和砂礫石層組成。

2.1.2構造

對工作區有影響的斷層F6斷層距村西約400m，為一縱貫井田的正斷層，傾向西-西北，傾角70o左右，落差在110～400m之間。其伴生的斷層F6-1落差在0～50m之間、F6-2落差在60～90m之間，均為縱貫井田的正斷層，傾向西-西北，傾角70o左右。村北部的F14斷層，為正斷層，傾向南，傾角70°，落差在0～40m之間，延伸距離3.25km左右，在中央村西南部與F6-2斷層交匯。

2.1.3礦體特征及開采情況

（1）可采煤層特征。礦井主要可采煤層有1、2、3、4、7、10-2.3煤，9煤層已經開采完畢，各可采煤層的主要特征自上而下分述如表1：

表1　各可采煤層穩定程度表

（2）采空區情況。村莊范圍內地下煤礦采空區主要為3煤、7煤，3煤在村下共有10個采區，開采煤層厚度在0.37～0.82m；7煤有6個采區，北部為1989年開采的7412采區，開采煤層厚度0.85～1.20m。

圖1　3煤和7煤采空區范圍

2.2地球物理特征

采空區由于受采空影響，原本地層結構發生形變，巖層原有的電性特征也隨之發生了變異，所以電性差異反映通常較為明顯。

地下礦體局部被采空后，在巖體形成一定規模的空間，使周圍的應力平穩狀態遭受破壞，產生局部的應力集中，采空區頂板在上覆巖層壓力的作用下，發生變形、斷裂位移、冒落。形成的冒落帶、斷裂帶、變形彎曲帶影響范圍比原采空區要大，且直接影響其電性分布狀況，即采空塌陷區與圍巖在電性上存在著較明顯差異，在電率異常特征上表現為形成的視電阻率相對高低不同。

圖2　S1線綜合推斷剖面圖

3　資料分析與解釋

通過分析綜合推斷剖面，采空塌陷的發育主要在E3線的南部，以S1線為界，在S1線的東側淺部采空無異常反映，而在S1線的西側，淺部采空有異常反映。從電性圖上進行分析，采空區及上部冒落破壞帶的發育主要集中在測區的300m～700m垂深空間范圍內，對應的開采煤層主要是3煤和7煤。

本次工作采用瞬變電磁法（TEM）方法進行勘探，在定性解釋上，很好的解譯了采空區的范圍，物探資料的質量以及所得到的結果是比較可靠的。

4　結論

本文對瞬變電磁法的基本原理進行闡述的基礎上，對采空區的試驗結果進行了分析解譯，基本測定了采空區及其影響的范圍，為地質災害危險性預測評估提供了依據。因此，瞬變電磁法在確定采空區及其影響的范圍的應用是可行的。

[1]王善勛，楊文峰，張衛敏等.瞬變電法在煤礦采空區探測中的應用研究[J].工程地球物理學報，2012（4）.

[2]安潤蓮，姚精選，楊引串.瞬變電磁勘探技術在探測采空區中的應用[J].中國地質災害與防治學報，2006（4）.

[3]蔣邦選.實用近區磁源瞬變電磁法勘探[M].北京：地質出版社，1998.

[4]薛國強.瞬變電磁法成像技術研究[D].西安：長安大學，2002.

O441[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-331-1