高頻電磁測(cè)深法在鉬礦采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

段 磊

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 渭南 714102）

目前，在采空區(qū)的地球物理探測(cè)方法中，高密度電法和電測(cè)深法等直流法一般在平坦的地形區(qū)域，受地形復(fù)雜的山區(qū)等大面積影響的區(qū)域具有較高的探測(cè)精度。同時(shí)，高密度電法具有更高的檢測(cè)精度，更淺的檢測(cè)深度和更高的地形條件。瞬態(tài)電磁法（TEM）是近年來(lái)快速發(fā)展的采空區(qū)檢測(cè)方法，檢測(cè)精度較高，但地形較為有限，數(shù)據(jù)解釋要求較高。瞬態(tài)電磁法，不僅受地形影響，而且受地表多次反射波的影響。

1 高頻電磁測(cè)深法的應(yīng)用原理

高頻電磁檢測(cè)方法是傳統(tǒng)大地電磁檢測(cè)方法的變體，它主要使用更高的頻率來(lái)達(dá)到淺電磁檢測(cè)的目的，電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中的傳播距離與電磁波的頻率有關(guān)。電導(dǎo)率成像系統(tǒng)是一種地球物理儀器，是在地表以下幾米到一公里范圍內(nèi)測(cè)量電阻率的先進(jìn)儀器之一[1]。該系統(tǒng)可以利用自然和人工電磁場(chǎng)信號(hào)，特別是當(dāng)使用更高頻率以實(shí)現(xiàn)更高分辨率的電磁檢測(cè)時(shí)，該系統(tǒng)可以使用自然場(chǎng)和人造場(chǎng)在各種惡劣的地形條件下對(duì)電磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)的電導(dǎo)率觀測(cè)，通過(guò)觀察測(cè)量點(diǎn)處的電磁場(chǎng)的正交分量，系統(tǒng)獲得正交時(shí)域中的電和磁分量并執(zhí)行傅立葉變換，計(jì)算功率譜并獲得電阻率測(cè)深曲線。目前正在一些煤礦采空區(qū)進(jìn)行氦測(cè)量，盡管可以檢測(cè)到采空區(qū)和受影響區(qū)域的范圍，但是不可能定量地確定地下采空區(qū)的深度。由于大多數(shù)金屬礦區(qū)的長(zhǎng)期發(fā)展，已經(jīng)留下了大量不同大小和不規(guī)則形狀的地下采空區(qū)，由于各種因素，采空區(qū)將會(huì)產(chǎn)生大小和形狀的變化，因此，應(yīng)采用快速且經(jīng)濟(jì)可行的方法來(lái)了解采空區(qū)的發(fā)生情況，確定潛在危險(xiǎn)源的位置和范圍，并提供準(zhǔn)確的信息，以便采取有效措施，最終消除潛在的危害[2]。確保礦山生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。本文介紹了一種快速工程測(cè)量的方法，即高頻大地電磁測(cè)深。

2 實(shí)際檢測(cè)過(guò)程

勘探區(qū)位于河南汝陽(yáng)鉬礦區(qū)。該礦區(qū)富含豐富的鉬礦資源，基巖暴露，山谷發(fā)育，礦區(qū)褶皺相對(duì)發(fā)育，中部和北部褶皺開(kāi)放，南部斷層發(fā)育，礦區(qū)的斷層構(gòu)造發(fā)育，規(guī)模不同，礦區(qū)外露的巖漿巖主要為安山玢巖、石英巖、板巖、輝綠巖、細(xì)粒（斑巖）花崗巖脈及一些變質(zhì)火山巖，區(qū)域探測(cè)平臺(tái)是基巖區(qū)和礫石爆破區(qū)。即使平臺(tái)位于同一平臺(tái)上，基巖也不在同一水平上，區(qū)域測(cè)試平臺(tái)通常較窄，電磁測(cè)試受山（低阻）或低平臺(tái)（高阻）的影響很大。多年來(lái)，礦區(qū)和周邊地區(qū)發(fā)生了私人采礦和無(wú)序采礦，留下了大量未經(jīng)處理的采空區(qū)，采空區(qū)結(jié)構(gòu)是具有不同尺寸和形狀的多層結(jié)構(gòu)。采空區(qū)的異常表現(xiàn)不同，如果它是一個(gè)空心物體，它將顯示出高阻力；如果采空區(qū)充滿水，則阻力很?。蝗绻煽諈^(qū)坍塌，回填在不同條件下具有不同的電性能。不同之處在于填充浮土?xí)r的阻力或含水量小，填充巖石時(shí)的阻力大。因此，為了更好地預(yù)測(cè)采空區(qū)，有必要對(duì)采空區(qū)進(jìn)行對(duì)比分析和評(píng)估。采空區(qū)瞬變電磁測(cè)量?jī)x是重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的瞬變電磁系統(tǒng)，將瞬態(tài)電磁特性與檢測(cè)要求相結(jié)合，以選擇大型環(huán)路設(shè)備，傳輸線框架為200mX200ITI。選擇1匝線圈，電源電流大于20；接收小線圈垂直觀察L幀，選擇4000匝線圈，并選擇4 Hz的工作頻率。在檢測(cè)期間，大線圈的電源電流位于線框的左下部，并且每個(gè)線框之間的框架彼此平行，使得檢測(cè)位置相對(duì)均勻。小線圈接收來(lái)自大線圈的信號(hào)數(shù)字，可以看到存在顯著的阻力，這個(gè)比例不正常，160英寸，中心深度為1301TI。聯(lián)合調(diào)查區(qū)地勢(shì)高，表面植被豐富，含水量大。這是在雨季，因此推測(cè)它充滿了水。

采空區(qū)在100nn線上，由11751 TI中心高程電阻率輪廓形成的閉環(huán)是相對(duì)高的電阻率異常，可能是高電阻率巖石礦石或采空區(qū)。這項(xiàng)工作使用eh-4電導(dǎo)率成像儀。該儀器是由EMI電磁儀器和幾何儀器開(kāi)發(fā)的STRATAGEMTM電導(dǎo)率成像系統(tǒng)。根據(jù)之前的測(cè)試，最低工作頻率要求為500Hz，以滿足設(shè)計(jì)要求。所以這項(xiàng)工作的頻率是兩三個(gè)。頻率組操作，頻率范圍500Hz～99kHz。第3行的eh-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)的反演剖面顯示了在50米～80米線附近的兩個(gè)不同的低電阻率異常。對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)電磁反轉(zhuǎn)曲線，推斷它是具有低電阻的采空區(qū)。在1225英寸的中心高度處存在顯著地高阻抗異常。據(jù)推測(cè)，高電阻率陷阱可以是未填充的采空區(qū)或高電阻率巖體。tem和eh-4綜合方法表明，在表面附近存在顯著的低電阻率異常，與表面附近充滿水的采空區(qū)的反射一致，與已知數(shù)據(jù)一致，表明有兩種方法。它具有良好的通信性能，可以相互驗(yàn)證。通過(guò)采空區(qū)鉆探，驗(yàn)證了深低電阻率異常的微觀反演和深部高電阻率異常的eh-4反演。解釋tem和EH one電導(dǎo)率成像系統(tǒng)是互補(bǔ)的，特別是在中央和深部地區(qū)。結(jié)合這兩種方法，可以更好地評(píng)估采空區(qū)。

3 采空區(qū)探測(cè)的特性

在正常情況下，采空區(qū)在垂直方向上的坍塌可分為三層：塌陷區(qū)和上部鉬礦塌陷。在斷層帶中，沉降區(qū)上方的巖體由于彎曲而過(guò)度變形，并且在采空區(qū)上方產(chǎn)生大的拉應(yīng)力，并且兩側(cè)受到大的剪切應(yīng)力。因此，巖體中出現(xiàn)大量裂縫，破壞了巖體的完整性。彎曲區(qū)域是表面上方的裂縫區(qū)域，其通過(guò)自重應(yīng)力而變形并且不再破裂。采空區(qū)與其垂直“三帶”和正常地層之間存在明顯的物理差異。最明顯的差異是電導(dǎo)率的差異，這主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，鉬礦采空區(qū)松散，密度低于整個(gè)地層，即每單位體積介質(zhì)的密度降低。同時(shí)，導(dǎo)電性降低并且電阻異常；其次，與完整地層相比，鉬礦采空區(qū)斷層帶巖性沒(méi)有明顯變化。然而，由于裂縫區(qū)中巖石的破裂，巖石中傳播的巖石的電導(dǎo)率惡化并且?guī)r石的電阻率顯著增加。落差高度一般在十米以上，內(nèi)部充滿松散物質(zhì)，視電阻率明顯高于周圍介質(zhì)。斷層帶的高度通常為幾十米，主要是由于采空區(qū)坍塌引起的巖石裂縫的發(fā)生，巖石的電阻率顯著增加。然而，當(dāng)采空區(qū)充滿更多水時(shí)，由于存在水和強(qiáng)導(dǎo)電性，采空區(qū)的電阻率顯著降低?？梢钥闯?，采空區(qū)的視電阻率與周圍巖石的視電阻率明顯不同，這是采空區(qū)電探測(cè)的物理前提。

4 結(jié)語(yǔ)

上述實(shí)施例證明tem和eh-4在采空區(qū)檢測(cè)中是有效的。許多采空區(qū)具有低電阻反射，并且tem對(duì)低電阻敏感，與其他方法相比，tem具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，Eh-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)非常高效，減少勘探工作量并降低勘探成本。兩種方法的檢測(cè)深度相對(duì)較大，可以在中深層采空區(qū)的檢測(cè)中相互補(bǔ)充和驗(yàn)證。結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)和隨后的鉆探驗(yàn)證，改進(jìn)了采空區(qū)評(píng)估。準(zhǔn)確并降低采空區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)。