地面電法勘探在查找采空區(qū)積水的應用

朱 媛

（山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030006）

1 緒論

為了加強煤礦防治水管理工作，構建“探測超前、預報準確、防治科學、管理到位”的煤礦防治水工作體系，結合公司實際情況，保證開工建設后防水、治水物探工作順利進行，決定對二采區(qū)進地面物探勘探，查明該測區(qū)內(nèi)地下水體，以達到對10+11號煤炭開采時，對附近水體進行超前預測的目的。

2 工程概況

山西汾西正旺煤業(yè)有限責任公司位于山西省孝義市西南16km處柱濮鎮(zhèn)賀南溝村～下柱濮村一帶。本井田位于霍西煤田的北部，汾孝礦區(qū)旺家垣、瓜溝井田精查勘探區(qū)的東部。本次電法勘探范圍，在煤礦北部二采區(qū)，以礦邊界連線外擴20米，其總面積2.18km2。勘探目的是查明二采區(qū)2號煤層采空區(qū)積水分布情況及初步查明9號煤層采空區(qū)積水情況。

3 施工方法的選擇

根據(jù)本次勘探的目的任務，借鑒相鄰礦區(qū)的施工經(jīng)驗，我們將選擇對低阻反映靈敏、分層明顯的瞬變電磁法進行施測，在其初步成果基礎上，采用直流電法加以驗證[1]。

（1）瞬變電磁法。瞬變電磁法的工作原理是在地表敷設不接地線框或接地電極，輸入階躍電流，當回線中電流突然斷開時，在下半空間就要激勵起感應渦流以維持斷開電流前已存在的磁場，并且此渦流場隨時間以等效渦流環(huán)的形式向下傳播、向外擴展，利用不接地線圈、接地電極或地面中心探頭觀測此二次渦流磁場或電場的變化情況，用以研究淺層至中深層的地電結構，由于是在沒有一次場背景的情形下觀測純二次場異常，因而異常更直接、探測效果更明顯、原始數(shù)據(jù)的保真度更高[2]。

（2）直流電法。直流電法采用視電阻率法和激發(fā)極化法，該方法是探測地下水的傳統(tǒng)的、主要方法；視電阻率法和激發(fā)極化法，是通過建立人工電場，觀測研究地下電流由于地層電阻率的不較均勻，受到外加電場所反映的電性變化規(guī)律，來達到探測地下巖層、地質(zhì)構造、地下水的分布特征；采用直流電法測得的不同深度地層視電阻率、激發(fā)極化半衰時，能過驗證瞬變電磁法對于采空區(qū)積水、地層富水的解釋成果，特別是，由于煤系地層具有高的極化現(xiàn)象。

4 施工參數(shù)的選擇

瞬變電磁儀器選用的儀器為重慶奔騰儀器廠生產(chǎn)的WTEM-2Q型瞬變電磁儀。為了使本次地面電法勘探能夠達到預期目的，施工前在勘探區(qū)內(nèi)進行參數(shù)選擇試驗工作。根據(jù)對比試驗，確定本次施工數(shù)據(jù)采集參數(shù)設置為：200m×200m邊長發(fā)射線框，發(fā)射頻率為16Hz，供電電流不小于10A，延時為240μs。DZD-6A多功能直流電法（激電）儀，該儀器主要用于尋找金屬礦床與非金屬礦床、勘探地下水、能源資源，以及研究地質(zhì)構造等。

本次探測區(qū)域內(nèi)，共完成勘探線52條，坐標點2741個，試驗坐標點2個總計56個物理點（其中點試驗物理點23個，線試驗物理點33個），檢測點95個，總計物理點2892個，完成了本次勘探設計的工作量。激發(fā)極化法完成測線2條，共計55個物理點。

5 數(shù)據(jù)處理與資料解釋

本次TEM采集的數(shù)據(jù)在反演之前，首先用專業(yè)預處理軟件逐點進行整理及預處理，檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，剔除不合格數(shù)據(jù)，并對其進行編錄；其次，對曲線進行光滑，以濾除或壓制干擾噪聲；再次，利用反演軟件反演得到反演電阻率和視高程等參數(shù)，根據(jù)有關測量、地質(zhì)和鉆探等資料對反演電阻率斷面進行深度或地形校正；最后，繪制出視電阻率斷面圖、順層視電阻率切片圖及其它相關圖件。

瞬變電磁的數(shù)據(jù)解釋是建立在資料處理后的視電阻率斷面圖、順層視電阻率切片圖的基礎之上。為提高解釋的準確性，在初步解釋之后調(diào)整處理過程中的相關參數(shù)進行反復處理，直到滿足解釋要求。

6 地質(zhì)成果

（1）2號煤層成果。根據(jù)原始記錄、地面調(diào)查、地質(zhì)資料及礦井采掘資料，我們對勘探區(qū)內(nèi)2號煤層積水異常區(qū)進行了劃分圈定。共圈定異常區(qū)7個，分別為A1-A7，詳見下圖1。

圖1 2號煤層成果圖

（2）9號煤層成果。綜合成果圖、原始記錄，地面調(diào)查、地質(zhì)資料及礦井采掘資料，我們對勘探區(qū)內(nèi)9號煤層積水異常區(qū)進行了劃分圈定。共圈定異常區(qū)13個，分別為B1-B13，部分異常區(qū)受高壓線影響，可靠性差。

7 結論及建議

（1）結論。本次勘探采用地面瞬變電磁探測方法，技術手段先進、方法選用合理、野外試驗充分、施工方法和技術措施得當、數(shù)據(jù)處理精細，取得了較可靠的基礎資料。綜合研究并結合現(xiàn)有地質(zhì)資料，對取得的視電阻率斷面和順層切片異常進行了推斷解釋，取得了較為客觀的地質(zhì)成果，完成了合同要求的各項地質(zhì)任務，并按合同要求完成了成果圖件的繪制和文字報告的編制工作。我們對勘探區(qū)內(nèi)2號煤層及9號煤層積水異常區(qū)進行了劃分圈定。共圈定2號煤層異常區(qū)7個，分別為A1-A7，異常區(qū)A1中部及西部、異常區(qū)A2的東部、異常區(qū)A3的西部、異常區(qū)A5受高壓線影響可靠性差；共圈定9號煤層異常區(qū)13個，分別為B1-B13，異常區(qū)B1、異常區(qū)B3的西部和東部、異常區(qū)B4、異常區(qū)B7的西部受高壓線影響可靠性差。

（2）建議。①瞬變電磁法存在多解性，受外界因素影響大，無法精準劃分出采空區(qū)及積水區(qū)的邊界，建議礦方對本次物探報告提出的成果利用井下鉆探等其它有效方法對其進行的驗證。②礦方及時向我公司反饋采掘資料，以便更好地為礦方提供可靠的分析。③礦方應以“預測預報，有疑必探，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原則，防止水災害的發(fā)生。④本次瞬變電磁法資料反映的均是水的靜態(tài)特性，采空區(qū)積水是動態(tài)變化的，隨著時間的推移積水情況在不斷的變化，礦方對此應加以重視。