可控源音頻大地電磁法在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

■張健橋　尹維民（山東省物化探勘查院山東濟(jì)南250013）

可控源音頻大地電磁法在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

■張健橋尹維民
（山東省物化探勘查院山東濟(jì)南250013）

可控源音頻大地電磁法作為電磁法的一種，重要特征即為利用人工場(chǎng)源頭進(jìn)行探測(cè)。隨著其技術(shù)的發(fā)展和不斷完善，成為了煤礦采空區(qū)探測(cè)中不可或缺的一部分。本研究通過(guò)對(duì)可控源音頻大地電磁法的深入了解和探究，分析其在采空區(qū)探測(cè)中的具體應(yīng)用，以更好地為相關(guān)領(lǐng)域研究和實(shí)際探測(cè)工作提供參考和理論依據(jù)。

可控源音頻探測(cè)電磁法煤礦勘探采空區(qū)

0　前言

CSAMT（可控源音頻大地電磁法）為電磁法的一種，其利用人工場(chǎng)源進(jìn)行探測(cè)。此技術(shù)方法的信號(hào)較強(qiáng)，具有一定的抗干擾能力，有勘探效率高、深度大、辨識(shí)能力強(qiáng)等特征，煤礦勘探工作對(duì)其的應(yīng)用非常廣泛和常見(jiàn)。其在煤礦采空區(qū)中的應(yīng)用是可行的。因此，對(duì)此電磁法在煤礦采空區(qū)中應(yīng)用的研究是非常必要的。

1　可控源音頻大地電磁法工作原理

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）應(yīng)用到探測(cè)中，通常利用人工場(chǎng)源進(jìn)行探測(cè)，利用此技術(shù)對(duì)探測(cè)地區(qū)的地面加以搜索和分析[1]。由于偶極天線現(xiàn)實(shí)中的輻射方向不固定，范圍較廣，具有很多種類(lèi)，如天波、地面波等等。電磁波存留空中時(shí)其波的長(zhǎng)度是光速與頻率相比的數(shù)值。由此可知電磁波在空中的長(zhǎng)度比較長(zhǎng)。且其沿著地面運(yùn)輸時(shí)，其波長(zhǎng)與地層波長(zhǎng)于一個(gè)時(shí)間點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)平面，導(dǎo)致出現(xiàn)和地面呈90°的波。此時(shí)不同波之間相互反應(yīng)和影響，得出的數(shù)值結(jié)論即為在地面觀察的位置。

2　采空區(qū)物理特征和地質(zhì)條件

山東A煤礦采空區(qū)共有20個(gè)礦床，其主要以鐵礦為主，地質(zhì)形式較為復(fù)雜，且背斜方向?yàn)镾-E和N-E，分布形式并非平衡和對(duì)稱(chēng)。其N(xiāo)-E方向相對(duì)另外方向的翼長(zhǎng)度短。此地區(qū)的主要礦體構(gòu)造為奧陶石灰、侏羅系層等。其新生地區(qū)部分主要在地勢(shì)較為平緩的位置，且整體呈E或者E-S狀況彎曲。A煤礦采空區(qū)的巖漿巖主要分布在奧陶系底層。此區(qū)域地理特征較為顯著，其磁場(chǎng)電性具有較為顯著的差異和不同。且鐵礦周邊及其他礦體電阻率較小，坍塌地區(qū)由于水土遭到侵蝕呈現(xiàn)電阻較高的狀態(tài)，具有可以探測(cè)的條件。

煤礦采空區(qū)其主要是缺乏科學(xué)有效開(kāi)采而導(dǎo)致地表層和更深處被破壞，從而發(fā)生坍塌區(qū)和持力層受到破壞的現(xiàn)象[2]。通常，采空區(qū)的坍塌部位主要是由三個(gè)部分構(gòu)成中：第一，冒落帶。此為煤礦區(qū)域的踩空上面方向發(fā)生的坍塌；第二，彎曲帶。其主要存在裂縫區(qū)域直到地表層上，由于其自身存在一定的重量，導(dǎo)致出現(xiàn)形變變彎的現(xiàn)象；第三，裂隙帶。由于坍塌的冒落帶出現(xiàn)使得上部分的巖石出現(xiàn)形變，采空區(qū)域出現(xiàn)了很強(qiáng)的拉力和預(yù)應(yīng)力，導(dǎo)致其周邊出現(xiàn)剪應(yīng)力，導(dǎo)致巖石斷裂，出現(xiàn)巖體坍塌的問(wèn)題。

3　可控源音頻大地電磁法在采空區(qū)中的探測(cè)應(yīng)用

3.1可控源音頻大地電磁法的工作原理

由于CSAMT是一種依附電磁波頻率差異而進(jìn)行工作的電磁方法，且利用測(cè)量各種電磁波計(jì)算出其地電參照數(shù)值，以深入進(jìn)行測(cè)深。通常對(duì)CSAMT的運(yùn)用主要在＞500米的地表層中進(jìn)行探測(cè)，依照周邊地勢(shì)狀況安排和設(shè)置不同的測(cè)線，當(dāng)測(cè)線方向?yàn)闄M向時(shí)，則可以將不同的電極相連。利用相關(guān)的電磁法設(shè)備接收不同電極發(fā)出的信號(hào)，并且計(jì)算和測(cè)量電磁強(qiáng)度。

3.2探測(cè)設(shè)備

主要采用德國(guó)Metronix生產(chǎn)的CSAMT發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備TXM-22進(jìn)行探測(cè)，此系統(tǒng)主要組成部分為發(fā)電設(shè)備、發(fā)射機(jī)器等。利用不同的頻率信號(hào)（最大值為15.3×103赫茲，最小值為17赫茲）。所有數(shù)值的搜集時(shí)間是30分鐘，且不同的測(cè)線其方向和電極的兩端連線呈永遠(yuǎn)不相交的狀態(tài)設(shè)置，根據(jù)其不同電極的信號(hào)和強(qiáng)度不同，利用磁場(chǎng)受到的磁棒與埋線呈90°設(shè)置[3]。

3.3野外探測(cè)

此次測(cè)量總體有9個(gè)斷面，因此地區(qū)的地勢(shì)復(fù)雜，且形式繁瑣，利用相同測(cè)線的不同測(cè)量區(qū)點(diǎn)，保持兩個(gè)電極的距離為150米左右。發(fā)射信號(hào)的位置應(yīng)于收到信號(hào)的位置保持500米左右的距離。不同接收信號(hào)的位置在電極中間位置。因?yàn)樘綔y(cè)區(qū)域的地勢(shì)較為復(fù)雜，且地面不夠平坦，為探測(cè)增加了難度。利用GPS定位對(duì)不同地理區(qū)域加以探測(cè)，保證覆蓋全面。

探測(cè)過(guò)程中應(yīng)保證其供電回路的R值≤50歐姆，埋線的電極利用濃鹽水降低電阻值，提高電流流通量。接受信號(hào)過(guò)程中，存在不同的強(qiáng)度，應(yīng)使得接地電阻＜1000歐姆，其離散率＜0.1，最大程度保證接收線平穩(wěn)，防止出現(xiàn)突變情況。磁棒與電網(wǎng)保持遠(yuǎn)距，避免過(guò)多影響電網(wǎng)，確保埋線深度＜20厘米。其不同測(cè)量點(diǎn)的電阻差異較為明顯，且采空區(qū)和檢驗(yàn)數(shù)值相同，可以在電阻異常區(qū)域進(jìn)行鉆孔工作。如圖1為采空區(qū)利用CSAMT探測(cè)圖。

圖1　采空區(qū)CSAMT探測(cè)

4　結(jié)論

由于采礦時(shí)的不合理和科學(xué)采集，會(huì)出現(xiàn)坍塌和采空區(qū)。此地區(qū)地形復(fù)雜，地勢(shì)不平坦，對(duì)信號(hào)和探測(cè)的影響較大。通過(guò)利用可控源音頻大地電磁法對(duì)煤礦采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)，利用其磁場(chǎng)強(qiáng)度的不同和電阻差異實(shí)現(xiàn)測(cè)深，得出科學(xué)有效的電阻及相關(guān)數(shù)值，正確鉆孔，提高探測(cè)的工作效率。

[1]梁芳敏，黃志強(qiáng)，任鴻飛，等.瞬變電磁法和音頻大地電磁法在煤下鋁采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用研究[J].礦產(chǎn)勘查，2014，06（11）：914-919.

[2]董澤義，湯吉，周志明，等.可控源音頻大地電磁法在隱伏活動(dòng)斷裂探測(cè)中的應(yīng)用[J].地震地質(zhì)，2010，03（12）：442-452.

[3]宋希利，馬慶偉，鹿慶龍，等.可控源音頻大地電磁法在探測(cè)地下采空區(qū)上的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，09（25）：359-360.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-167-1