三維地震結(jié)合瞬變電磁在石灰?guī)r地區(qū)的應(yīng)用

董 戈，高國強，劉 明，朱光強，鄧 偉

(宜賓芙蓉地質(zhì)勘測設(shè)計有限公司，四川成都610500)

0 引言

在煤礦日常生產(chǎn)過程中，水患是煤礦安全生產(chǎn)的嚴重威脅，尤其是在石灰?guī)r地區(qū)。在巖溶發(fā)育地區(qū)，礦井在進行穿層掘進時，極易揭穿溶洞或暗河，造成突水事故。因此，在石灰?guī)r地區(qū)對巖溶分布進行地球物理探測可以有效保證礦井的安全生產(chǎn)，其中瞬變電磁法在巖溶地區(qū)含富水區(qū)域、三維地震對巖溶發(fā)育探測均有較好的效果，本次使用V8 多功能電法工作站與sercel428 ×1 地震儀對廣安某煤礦巖溶發(fā)育及含水性進行探測。

1 探測區(qū)地球物理特征

礦區(qū)位于華鎣山中段腹部，山脈走向與龍王洞背斜軸走向基本一致，呈北北東向展布。礦區(qū)地勢東高西低，南高北低;東部山脈海拔標高+1 000 m 以上，區(qū)內(nèi)最高點位于四方山，海拔標高+1 138.33 m;最低點位于團魚庵，海拔標高+415 m，相對高差723.33 m。山脊東坡較陡，坡角為20 ～30°;西坡較緩，坡角為10 ～20°。東西山坡主要由飛仙關(guān)組和嘉陵江組的地層組成，構(gòu)成順向坡。近于東西向的橫切沖溝較發(fā)育。區(qū)內(nèi)發(fā)育溶溝、溶槽、漏斗、落水洞、溶洞、巖溶洼地等形態(tài)各異的巖溶地貌景觀，屬構(gòu)造－侵蝕、溶蝕中低山地貌。

1.1 地層電性特征

根據(jù)鄰區(qū)地球物理測井資料統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)地層以灰?guī)r、白云巖和煤層為主，其中灰?guī)r電阻率最高電阻率值在100 ～10 000，由于灰?guī)r的巖溶極其發(fā)育，當溶洞、裂隙充水時表現(xiàn)為低阻，當溶洞、裂隙無水時，表現(xiàn)為高阻。且由于采掘工作的影響，是地層擾動裂隙發(fā)育，出現(xiàn)電阻率高低不均勻變化的特征。通過這個特征，可以利用瞬變電磁法勘探，判別電阻率的差異來解釋出巖溶的范圍。

1.2 地震地質(zhì)條件

礦區(qū)位處龍王洞背斜北段的南端，井田內(nèi)龍王洞背斜南北向山脊突起，東西兩側(cè)低下，山脊脊部較寬緩，一般標高1000 m以上，最高點標高1 138.33 m，山脊兩側(cè)槽谷地帶，標高500 ～600 m，最低標高320.00 m，相對高差818.33 m，屬溶蝕構(gòu)造中切割中低山地貌。起伏很大的地形給野外施工帶來了很大的困難，復(fù)雜的地表結(jié)構(gòu)對地震波的激發(fā)和接收十分不利。

區(qū)內(nèi)淺層大部分為二疊系上統(tǒng)和三疊系下統(tǒng)的灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，灰?guī)r出露使地震炮井成孔困難。另外，松散的碎石層對地震波能量衰減極為強烈。

2 探測儀器及野外工作方法

2.1 探測儀器

本次探測使用8 多功能電法工作站與sercel428 ×1 地震儀同時對礦井回風(fēng)井區(qū)域進行探測，使用sercel428 ×1 地震儀確定巖溶分布情況，使用V8 多功能電法工作站確定巖溶的含富水情況。

2.2 野外工作方法

2.2.1 瞬變電磁

本次瞬變電磁勘查以40 ×20 的網(wǎng)度布置瞬變電磁測點。

共布置測線12 條測585 個點。本次主要參數(shù)如下:發(fā)射線框:360 ×360 m;接收線框:100 m2天線;發(fā)射電流:10 A;工作頻率:5/25 Hz;施工中采用加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8 工作站采集系統(tǒng)進行施工采集工作。

2.2.2 sercel428 ×1 地震

測區(qū)共布置東西方向線束4 束，接收線20 條，炮線32 條。線束布置原則為垂直或基本垂直主要構(gòu)造線方向，沿東西方向布置，點號為西小東大，線號為南小北大。接收線束自南向北統(tǒng)一編號，激發(fā)點、接收點自西向東統(tǒng)一編號。采用規(guī)則八線八炮束狀觀測系統(tǒng)，施工中以線束為單位進行，端點放炮，單邊接收，每束線與上一束線重合4 條線接收。

完成三維勘探線束4 束;接收線20 條，線長37.00 km，測點 3 720 個;激發(fā)線 32 條，炮線長 12.4 km，測點 640 個;總長49.4 km;試驗點、試驗線測點687 個，復(fù)測檢波點、炮點80 個，總測點數(shù)5 127 個;測量施工面積為1.406 km2。

3 成果對比

在本次工作中，三維地震的工區(qū)與瞬變電磁的工區(qū)有部分重疊，詳見工區(qū)布置示意圖(圖1)。

圖1 工作區(qū)示意圖

3.1 瞬變電磁

圖2 是礦井+600m 水平切面，600 標高受礦井巷道影響和已經(jīng)揭露的3#、4#、7#暗河和5#、6#溶洞還有幾個小溶洞影響，整個水平都呈現(xiàn)出較高阻，說明巖溶非常發(fā)育，對于詳細解釋見圖2。通過水平切片和前面的12 條剖面分析大致可以畫出相鄰礦井的實際開采邊界，如圖上的紅色曲線。

3.2 三維地震

圖3 是偏移數(shù)據(jù)體層拉平切片，從圖中可以看到在層拉平切片上振幅能量明顯發(fā)生變化:與已知的5#、6#溶洞對比，白色振幅能量弱的位置就是溶洞顯示，根據(jù)反映的溶洞位置用于檢查在垂直時間剖面上的解釋成果。

根據(jù)兩種地球物理勘探方法最終得到的成果圖來看，兩種方法均探測到已知溶洞，同時，在礦井未掘進區(qū)域發(fā)現(xiàn)有新的溶洞發(fā)育，且在平面上位置相近。

圖2 瞬變電磁法+600 m 標高水平切面圖

圖3 三維地震水平切面圖

4 結(jié)語

本次物探是川內(nèi)首次采用瞬變電磁結(jié)合三維地震針對石灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律進行探測，取得的效果較為理想。三維地震針對溶洞、斷層反應(yīng)敏感，能夠很好地對溶洞的發(fā)育情況、斷層的展布情況進行剖析，指導(dǎo)礦井生產(chǎn);瞬變電磁法主要針對含水區(qū)域，能夠有效判定溶洞與斷層的含水性，對礦井在生產(chǎn)過程中避免揭穿含水溶洞及斷層起到了很好的預(yù)報作用。

［1］蔣邦遠.實用近區(qū)磁源瞬變電磁法勘探［M］. 北京:地質(zhì)出版社，1998.

［2］牛之璉.時間域電磁法原理［M］. 長沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社，1993.

［3］于景邨，胡兵，劉振慶，等.礦井瞬變電磁探測技術(shù)的應(yīng)用［J］.物探與化探，2011，35(4):532 －535.

［4］唐漢平，張廣忠，朱書階，等.復(fù)雜山區(qū)三維地震勘探方法的研究應(yīng)用［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2004(3).

［5］朱希安，劉殿明，吳志勤，等，綜合物探方法解決復(fù)雜地質(zhì)問題的一個成果實例［J］.中國煤田地質(zhì)，2002(2).