電法組合勘探在頁(yè)巖氣平臺(tái)采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

周慧瑩 劉金輝 陳杰

（四川中成煤田物探工程院有限公司，四川成都 610072）

0.引言

近年來(lái)，四川盆地威遠(yuǎn)區(qū)塊龍馬溪組頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)效果好，作為國(guó)家頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)試點(diǎn)區(qū)，是全國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)。此區(qū)塊的須家河組地層發(fā)育多套煤層，威遠(yuǎn)區(qū)塊中部至北部區(qū)域由于須家河組地層埋深較淺，煤礦開(kāi)采較普遍，且有較普遍的私挖亂采無(wú)相應(yīng)開(kāi)采手續(xù)的現(xiàn)象，造成煤礦采空區(qū)展布情況不明，可能給后續(xù)鉆探帶來(lái)工程風(fēng)險(xiǎn)及生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。為了詳細(xì)勘查和落實(shí)頁(yè)巖氣平臺(tái)周邊煤礦采空區(qū)的分布情況，尤其是煤礦坑道、規(guī)模和走向，規(guī)避鉆井及環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，本次工作選擇高密度電法、瞬變電磁法和音頻大地電磁法3 種方法相結(jié)合的方式探測(cè)，結(jié)合一定工作量的地質(zhì)調(diào)查工作查明平臺(tái)及周邊地下煤礦采空區(qū)、斷層破碎帶、巖溶、暗河及裂隙發(fā)育情況，通過(guò)一定程度的水文地質(zhì)調(diào)查工作查明泉、井、池塘、地下水等水文地質(zhì)情況，為鉆探施工規(guī)避鉆漏風(fēng)險(xiǎn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)，也為后期的工程設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行期的環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)，做到經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

1.工區(qū)概況

工區(qū)內(nèi)頁(yè)巖氣鉆井平臺(tái)鉆孔目的層為志留系下統(tǒng)龍馬溪組，鉆遇地層自上至下依次為下沙溪廟組、自流井組、須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組、長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組、梁山組及龍馬溪組。平臺(tái)預(yù)設(shè)井口位置地表出露地層為侏羅系下沙溪廟組砂泥巖互層，預(yù)設(shè)井口位置1000m 以淺下伏地層由上至下主要為：下沙溪廟組、自流井組、須家河組、雷口坡組和嘉陵江組。工作區(qū)內(nèi)，含煤地層主要分布在須家河組內(nèi)，可進(jìn)行商業(yè)開(kāi)采煤層分布于須家河組一、三、五段，本區(qū)主要開(kāi)采煤層為須家河組五段的高炭煤層，高炭煤層為復(fù)煤層厚度為0.8m ～1.5m，一般由三層煤和兩層矸石組成，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，總厚度在0.4m ～1.3m。

2.地球物理特征

工作區(qū)出露主要巖層有第四系的粘土、下沙溪廟組、自流井組、須家河組。根據(jù)實(shí)地測(cè)量視電阻率統(tǒng)計(jì)值及收集資料情況，砂巖、泥巖、灰?guī)r等巖性的視電阻率值詳見(jiàn)表1。

表1 巖石電阻率值統(tǒng)計(jì)匯總表

通過(guò)對(duì)表1 中各地層不同巖性的視電阻率特征進(jìn)行總結(jié)分析，同時(shí)結(jié)合以往鄰區(qū)工作成果中對(duì)已知采空區(qū)的特征描述，能夠得出以下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)[1]：

（1）泥巖的視電阻率相對(duì)較低，其電阻率分布范圍通常為22Ω·m ～163Ω·m，在工作區(qū)內(nèi)相對(duì)圍巖電阻率偏低；灰?guī)r的視電阻率相對(duì)較高，其電阻率分布范圍通常為1400Ω·m ～5000Ω·m，在工作區(qū)內(nèi)相對(duì)圍巖電阻率偏高；地層中采空區(qū)在充水條件下視電阻率會(huì)偏低，充水后其電阻率分布范圍通常為1Ω·m ～40Ω·m，在工作區(qū)內(nèi)的電阻率最低；地層中采空區(qū)在不充水條件下視電阻率會(huì)偏高，高于灰?guī)r的視電阻率值，其電阻率通常在8000Ω·m以上。（2）通常，采空區(qū)、巖溶發(fā)育區(qū)、斷層破碎帶、構(gòu)造發(fā)育區(qū)等與完整巖層的導(dǎo)電性能不同，造成電性響應(yīng)特征的差異，即電法勘探所獲得的視電阻率存在差異，可以利用這樣的差異來(lái)查明采空區(qū)、巖溶等特殊地質(zhì)體。地球物理勘探的本質(zhì)是探測(cè)目標(biāo)體與環(huán)境的地球物理響應(yīng)特征差異，以上兩點(diǎn)物性差異為工作區(qū)內(nèi)部署高密度電法、瞬變電磁法以及音頻大地電磁法提供了前提條件。

3.成果剖面

通過(guò)在已知采空區(qū)測(cè)量所得的瞬變電磁法經(jīng)過(guò)處理反演后，反映出充水采空區(qū)視電阻率值大致在為3Ω·m ～40Ω·m 范圍，與物性測(cè)試及反演成果異常劃分標(biāo)準(zhǔn)基本符合，并與實(shí)測(cè)的地質(zhì)資料相結(jié)合，綜合分析圈定采空區(qū)異常。已知充水采空區(qū)的電性特征明顯，主要呈現(xiàn)兩點(diǎn)電性特征：（1）采空區(qū)范圍內(nèi)存在延伸的低阻條帶狀異常特征；（2）采空區(qū)附近視電阻率等值線發(fā)生擾動(dòng)，等值線不連續(xù)且急劇變化[2-3]。

如圖1 所示，通過(guò)L1 線AMT 視電阻率反演剖面可以看出：整體反演剖面電性特征反映明顯，成層性較好，自上而下依次呈現(xiàn)下沙溪廟組、自流井組、須家河組、雷口坡組、嘉陵江組地層電性特征，視電阻率等值線形態(tài)反映出地層向南東方向傾斜，與地表地質(zhì)調(diào)查較吻合。L1測(cè)線在里程0m ～300m、海拔0m ～200m 存在一明顯的M1 異常,該異常呈中低阻條帶狀電性特征，結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析，推測(cè)M1 中低阻異常亦由須家河組五段高炭已知采空充水引起。中深部雷口坡組及嘉陵組地層視電阻率等值線亦較為均勻，未發(fā)現(xiàn)明顯電性異常。

圖1 音頻大地電磁法L1線視電阻率反演剖面綜合推斷圖

4.地質(zhì)成果

（1）通過(guò)高密度電法、瞬變電磁法及音頻大地電磁法經(jīng)過(guò)處理反演后，反映出下沙溪廟組地層視電阻率為中低阻、須家河組地層視電阻率為中阻、雷口坡組地層視電阻率為中高阻、嘉陵江組地層視電阻率為高阻，整體呈現(xiàn)中低—中—中高—高的電性變化規(guī)律，與物性測(cè)試反映出的地電信息吻合性較好，依據(jù)充分，反映可靠。（2）根據(jù)收集的鄰區(qū)資料以及地質(zhì)露頭等資料數(shù)據(jù)對(duì)電阻率反演斷面進(jìn)行標(biāo)定，分析已知采空區(qū)電阻率反演剖面上的特征，同時(shí)結(jié)合工作區(qū)內(nèi)巖石的物性（電性）特征，綜合分析研究電性異常響應(yīng)特征與地層、構(gòu)造之間的關(guān)系，確定各類(lèi)地質(zhì)異常引起的電性異常響應(yīng)特征。對(duì)電法資料，運(yùn)用合理有效的技術(shù)、方法進(jìn)行精細(xì)處理，獲得可靠的物探成果，解釋結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)資料吻合性較好，符合地質(zhì)規(guī)律。（3）瞬變電磁法及音頻大地電磁法推測(cè)的M1 異常為須家河組五段高炭已知采空充水所引起，相互驗(yàn)證平臺(tái)下方無(wú)采空。

5.結(jié)語(yǔ)

本次工作采用“3+2”的組合勘探方法，即采用高密度電法、瞬變電磁法（TEM)和音頻大地電磁法（AMT）3 種物探方法，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查及水文地質(zhì)調(diào)查，進(jìn)行綜合勘探，圈定了采空區(qū)范圍，經(jīng)鉆孔驗(yàn)證成果可靠，為頁(yè)巖氣平臺(tái)預(yù)測(cè)了鉆井風(fēng)險(xiǎn)，又節(jié)約了成本，取得了良好的效果。