高密度電法在張家口煤礦采空區勘查中的應用

段凌峰

摘要：河北省張家口煤礦眾多。煤礦開采后，地下會留下采空區，隨著時間的推移，采空區的垮塌會造成地面下沉、裂縫，毀壞耕地、建筑物等設施，破壞生態環境。運用高密度電法對其進行高效、準確的勘查是非常重要的工作。通過反演推斷、鉆探驗證確定采空區的范圍，并進行了治理，勘查效果較好。

關鍵詞：煤礦;采空區;高密度電法

隨著我國經濟建設的深入發展，采空區沉陷是一種典型的地質災害，其治理和利用在我國屬難題，其所引發的嚴重問題已經引起國家有關部門的高度重視，治理工作也正在全面展開。近年來眾多物探工作者對采空區勘探進行了研究，取得了很多實用性的成果，如運用高密度電法對采空區域進行勘探和評價，確定其形態和位置是行之有效的方法手段。

1.地質概況

勘查區屬張家口興隆山煤礦南緣。出露的地層有中～上元古界薊縣系與青白口系地層、中生界侏羅系地層及新生界第四系沖洪積、坡積物。其中，侏羅系下花園組為含煤地層。

工區位于中朝準地臺（12）北部，燕山臺褶帶（II22）西端，宣龍復式向斜（Ⅲ24）的東南。構造有：老三井背斜、古城梁西一興隆山七一井正斷層（Fl）、磁炮窯一夏家溝一雞鳴山逆掩斷層（F5）與馬鞍一興隆山逆掩斷層（F3）等。

測區主要受磁炮窯一夏家溝一雞鳴山逆掩斷層（F5）構造控制。

本區的高位侵入巖即輝綠（玢）巖，其巖性特征為：風化色褐黃，新鮮者呈暗灰綠色，巖石具輝綠結構、微粒結構和斑狀結構，塊狀構造。肉眼可見黑云母和中性斜長石斑晶，其大小為0.3×lmm～l×lmm。基質致密，呈隱晶或微粒狀結構。

2.地球物理特征

根據前期地質資料綜合分析本次勘查地層，可知不同巖層具有不同的導電性，一般第四系黃土、泥巖、粉砂巖、中粗砂巖、頁巖、灰巖、采空區（未充水）其電阻率值依次增高。煤層賦存于成層分布的煤系地層中。因此，當采空區充水時則會出現局部低阻異常區，若煤礦采空區不充水則表現為高阻局部異常。這樣圍巖，采空區，積水區的電性差異明顯，這為利用高密度電法進行探測提供了良好的地球物理前提。

3.工作方法與技術

本次電法工作使用儀器為重慶奔騰的WGMD-9高密度電法測量系統。

本次勘查面積500m×600m，方法采用高密度電阻率法，觀測參數為視電阻率（ ps），點距lOm。本次測量采用溫納裝置，測量深度與剖面可布置長度關聯，測量斷面為倒梯形顯示。物探測網網度為30m×lOm，測線方向東西向。測網編號方法：測線號由南向北方向遞增，測點號由西向東方向增加。

對所取得的各種資料進行綜合整理、歸類，編制各類成果圖件。

4.資料解釋

4.1異常特征

由圖l顯示，全區電阻率在水平方向和垂直方向上變化均較大，在十幾歐姆米到上百歐姆米之間變化，總體表現為淺部多見低阻、中部高阻低阻相間、深部多見于低阻的特征;在同一深度范圍內多見北部低阻，南部高阻的電性特征。

全區淺部大部分地區均被第四系覆蓋，電阻率值較低，部分地段電阻率值相對較高，呈窩狀分布。下方的煤系地層形成大范圍的水平低阻區，電阻率值一般小于50Ω·m。煤系地層中存在采空高阻區和存水低阻帶。下部極高阻區可能為巖體隆起。

由工作區水文地質調查結果可知，本區地下水位較淺，已開采煤礦的埋深一般在50m～70m之間，低于地下水位，因此本區的采空區含水性較好，采空區呈現相對低阻異常特征。由于本區煤礦未完全開采，各采空區并未連城一體，因此不排除出現相對隔水性較好的不充水或充水較少的采空區，呈現相對高阻特征。

4.2采空區的推斷

結合本區相關資料及推斷解釋圖，對物探勘查結果進行了綜合研究分析，結合已知采空區成果，推斷該區地下煤礦采空區大致在50m～70m之間，在該深度的電阻率值大致分布情況是北低南高，低阻異常區為充水采空區，高阻異常區為未充水采空區或含煤地層下伏完整基巖。

本測區內地形相對簡單，但人文環境復雜，各類建筑物、高壓線分布較多，對測線的布設影響較為嚴重，這些均會對瞬變電磁與高密度電法數據的采集產生不利影響。同時，瞬變電磁法與高密度電法均是基于地質體的電性差異進行異常解釋的，引起地質體電性差異的因素很多，因此結果往往具有多解性。在實際應用時，對采空區的推斷成果應結合采礦、鉆探成果及時進行修正，提高報告成果的質量，力爭為采空區的治理工作提供精確、翔實、全面的物探基礎資料。

5.結論

（1）本次工作以煤礦礦采空區為探測目標，投入了瞬變電磁法和高密度電法勘查工作，完成了目標任務，取得了可靠的原始資料。基本了解了工作區范圍內采空區的分布特征及其在地下垂向上的分布規律，通過綜合研究，推斷了采空區范圍。為該區采空區的后續治理及開發提供了較為翔實的基礎資料。（2）勘查埋深lOOm以淺，圈定了視電阻率異常區，結合水文調查推斷西部異常區為煤礦采空區，埋深約40m～70m;東部兩處較小異常區推斷為煤礦采空區或基巖隆起帶，埋深30m以下。（3）物探工作與期調查和水文地質成果緊密結合，相互印證，反映了異常的埋深及空間分布情況，并建議了驗證鉆孔位置。（4）通過本次綜合工作推斷認為，本區西部采空區范圍大，東部范圍小且逐漸尖滅，為下一步工作確立了指導方向。（5）由于測區內地形復雜，高壓電線分布多，地上未拆遷房屋較多，因此勘探線只能沿小路曲折布置，這會對數據的采集及推斷產生影響或誤差。

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