可控音頻大地電磁法在采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

畢葉嵐

摘 ?要：煤層開采后形成采空區(qū)，隨著時(shí)間推移，采空區(qū)有水充填或塌陷。文章介紹CSAMT法在貴州某煤礦采空區(qū)勘查中的勘探實(shí)例。通過對實(shí)測資料進(jìn)行處理與解釋推斷，基本查明了勘查區(qū)采空區(qū)的空間形態(tài)，取得了良好的勘探效果。

關(guān)鍵詞：采空區(qū);視電阻率;CSAMT法

中圖分類號：P314 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）25-0179-02

Abstract： Goaf is formed after coal seam mining， with the passage of time， the goaf is filled with water or collapse. This paper introduces an example of CSAMT method in goaf exploration of a coal mine in Guizhou Province. Through the processing and interpretation of the measured data， the spatial form of the mined-out area in the exploration area is basically found out， and good exploration results have been achieved.

Keywords： goaf; apparent resistivity; CSAMT method

前言

在煤炭開采過程中，地下會形成采空區(qū)。采空區(qū)的塌陷，會造成地面的下沉及對環(huán)境的破壞。近年來，隨著國家對歷史遺留礦山環(huán)境的重視，利用地球物理方法對采空區(qū)勘查，取得了良好的效果。

花秋勘查區(qū)地表形成若干塌陷坑，歷史上區(qū)內(nèi)分布數(shù)個(gè)煤礦，采空面積都相對較大，由于部分煤礦當(dāng)時(shí)無完整的采空區(qū)資料，對采空區(qū)的邊界難以確定。探測清楚其準(zhǔn)確位置，成為當(dāng)?shù)卣匾蝿?wù)。

1 方法原理

可控源音頻大地電磁法其基本原理是以有限長接地電偶極子為場源，在距偶極中心一定距離處同時(shí)觀測電、磁場參數(shù)的一種電磁測深方法[1-3]。

本次探測采用赤道偶極裝置，標(biāo)量測量，同時(shí)觀測與場源平行的電場水平分量Ex和與場源正交的磁場水平分量Hy，利用電場振幅Ex和磁場振幅Hy計(jì)算視阻抗電阻率ρs;觀測電場相位Ep和磁場Hp，計(jì)算視阻抗相位φ。用視阻抗電阻率和視阻抗相位聯(lián)合反演計(jì)算電阻率參數(shù)[1-5]。

2 勘查區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

2.1 勘查區(qū)地質(zhì)

勘查區(qū)及附近出露地層有二疊系中統(tǒng)茅口組巖性以為灰、淺灰色厚層～塊狀石灰?guī)r為主、統(tǒng)龍?zhí)督M巖性主要為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾數(shù)層灰?guī)r及煤層、二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）巖性主要為灰、深灰色中厚層石灰?guī)r以及第四系（Q）粘土。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，采區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，地層總體為一單斜構(gòu)造，地層傾向135°，平均傾角11°左右。

2.2 地球物理特征

區(qū)內(nèi)第四系電阻率較低，主要以沖積、坡積、殘積的砂礫、砂及含角礫亞粘土為主，一般小于100Ω·m，呈現(xiàn)相對低阻。二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）巖性主要為灰、深灰色中厚層石灰?guī)r，電阻率介于200～300Ω·m，呈現(xiàn)相對高阻。正常情況下，橫向上地層電阻率差異較小，但受采煤的影響，巖層的原始力學(xué)平衡被破壞，常出現(xiàn)橫向上的電性差異，假如采空區(qū)未塌陷，則電性上表現(xiàn)為相對高電阻率特征，當(dāng)采空區(qū)塌陷、充填、充水時(shí)在電性上表現(xiàn)為相對低電阻率特征，等值線梯度變化相對較大。垂向上，由于地層巖性不同，通常表現(xiàn)為各層電阻率隨巖性及含水的豐富程度而不同。因此測區(qū)內(nèi)地層之間不同情況下存在明顯的電性差異[2-5]。

3 施工技術(shù)

本次施工數(shù)據(jù)采集采用鳳凰地球物理有限公司的第八代地球物理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)V8 System 2000.ne，野外觀測采用AB=1300m的雙極源、旁側(cè)Ex/Hy裝置，標(biāo)量TM測量模式，測量電極距MN=40m。

工作頻率：工作頻率范圍為0.52～5120Hz，原則上頻點(diǎn)間隔均勻分布，避開50Hz及60Hz工頻及其倍頻頻點(diǎn)。

4 數(shù)據(jù)處理

對CSAMT數(shù)據(jù)預(yù)處理主要使用Phoenix Geophysics V8-RXU Host Software-CMT Pro Version 4.2，將實(shí)測數(shù)據(jù)添加CMT Pro Version 4.2，檢查測線和排列命名、電極坐標(biāo)，各曲線是否正常，并進(jìn)行頻點(diǎn)分析和簡單的曲線編輯，導(dǎo)出SEC格式的文件，以便MTsoft2D讀取[1-8]。

對于CSAMT數(shù)據(jù)反演采用MTsoft2D數(shù)據(jù)處理反演軟件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，剔除明顯的干擾點(diǎn)和近場校正，對存在靜態(tài)影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)校正及空間濾波等，形成卡尼亞電阻率-頻率等值線圖和阻抗相位-頻率等值線圖，再通過相關(guān)一、二維反演，繪制反演斷面圖[1-8]。

5 資料解釋

圖1為CSAMT法L5線的視電阻率斷面可以看出，縱向上視電阻率呈現(xiàn)低-高的變化特征，電性分層明顯，反映了第四系、二疊系地層的電性特征。淺部視電阻率值相對較低，為第四系地層的電性反映;圖中黑色實(shí)線分別為C1#煤層賦存位置。在M1#煤層賦存位置，從煤層露頭位置至樁號1800m左右，視電阻率呈現(xiàn)相對低阻，推斷該位置范圍內(nèi)M1煤層采空;在M1煤層下部，部分區(qū)域視電阻率呈現(xiàn)相對低阻，推斷為茅口灰?guī)r破碎相對富水的電性反映。

圖2為CSAMT法L7線的視電阻率斷面可以看出，縱向上視電阻率呈現(xiàn)低-高的變化特征，電性分層明顯，反映了第四系、二疊系地層的電性特征。淺部視電阻率值較高，為第四系地層的電性反映;圖中黑色實(shí)線分別為M1#煤層賦存位置。在M1#煤層賦存位置，從1550～2050m，視電阻率呈現(xiàn)相對低阻，推斷該位置范圍內(nèi)M1煤層采空;在M1煤層下部，部分區(qū)域視電阻率呈現(xiàn)相對低阻，推斷為茅口灰?guī)r破碎相對富水的電性反映。

根據(jù)視電阻率等值線的梯度變化、范圍、各測線的電阻異常的分布、在平面上的連通情況，圈定了兩個(gè)異常區(qū)，分別標(biāo)記為C1、C2。其中異常區(qū)C1位于測區(qū)的中部位置，呈半橢圓狀，異常面積為25400m2，結(jié)合地表的塌陷坑及裂隙，推斷M1煤層采空區(qū)的電性反映;其中異常區(qū)C2位于西南部位置，條帶狀，異常面積為274400m2，推斷M1煤層采空區(qū)的電性反映。

6 結(jié)論

采用CSAMT法在山區(qū)開展煤礦采空區(qū)探測工作，揭示了該區(qū)采空區(qū)在呈現(xiàn)相對低阻且視電阻率等值線梯度變化相對較大，與上、下巖層形成明顯的電性差異。表明CSAMT法是探測采空區(qū)一種有效探測手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]李金銘，羅延鐘.電法勘探新進(jìn)展[M].北京：地質(zhì)出版社，1996：28-31.

[2]黃力軍，陸桂福，劉瑞德.可控源音頻大地電磁測深法應(yīng)用實(shí)例[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，2006，28（4）：337-341.

[3]王顯祥，王光杰，閆永利，等.三維可視化在CSAMT勘探中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，27（1）：296-303.

[4]牟義，董健，張振勇，等.CSAMT探測在煤礦深部采空區(qū)中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（增刊）：336-339.

[5]黃力軍，陸桂福，劉瑞德.可控源音頻大地電磁測深法應(yīng)用實(shí)例[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，2006，28（4）：337-341.

[6]余年，龐方.音頻大地電磁測深法在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，37（3）：135-138.

[7]張啟生.音頻大地電磁法原理及數(shù)據(jù)處理[J].內(nèi)蒙古石油化工，2010（19）：26-28.

[8]苗景春，阮帥，張悅，等.音頻大地電磁測深法對正、逆斷層的精細(xì)解釋[J].物探與化探，2013，37（4）：681-686.

[9]韋乖強(qiáng)，趙慧，趙秀玲，等.CSAMT在隱伏地質(zhì)構(gòu)造勘查中的三維可視化應(yīng)用[J].山東國土資源，2015，31（11）：56-58.

[10]王剛，王書民，朱威，等.AMT近源干擾壓制方法[J].物探與化探，2015，39（2）：371-375.

[11]李朝林，裴忠，金秀芹，等.大地電磁測深應(yīng)用于地?zé)峥碧絒J].中國煤炭地質(zhì)，2008，20（9）：68-71.

[12]陳大磊，于嘉賓，王陽，等.音頻大地電磁測量法（AMT）在莒縣地區(qū)地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用[J].山東國土資源，2016，32（12）：58-61.