地面電法勘探在查找采空區(qū)積水的應(yīng)用

朱 媛

（山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030006）

1 緒論

為了加強(qiáng)煤礦防治水管理工作，構(gòu)建“探測超前、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、防治科學(xué)、管理到位”的煤礦防治水工作體系，結(jié)合公司實(shí)際情況，保證開工建設(shè)后防水、治水物探工作順利進(jìn)行，決定對二采區(qū)進(jìn)地面物探勘探，查明該測區(qū)內(nèi)地下水體，以達(dá)到對10+11號煤炭開采時(shí)，對附近水體進(jìn)行超前預(yù)測的目的。

2 工程概況

山西汾西正旺煤業(yè)有限責(zé)任公司位于山西省孝義市西南16km處柱濮鎮(zhèn)賀南溝村～下柱濮村一帶。本井田位于霍西煤田的北部，汾孝礦區(qū)旺家垣、瓜溝井田精查勘探區(qū)的東部。本次電法勘探范圍，在煤礦北部二采區(qū)，以礦邊界連線外擴(kuò)20米，其總面積2.18km2?？碧侥康氖遣槊鞫蓞^(qū)2號煤層采空區(qū)積水分布情況及初步查明9號煤層采空區(qū)積水情況。

3 施工方法的選擇

根據(jù)本次勘探的目的任務(wù)，借鑒相鄰礦區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，我們將選擇對低阻反映靈敏、分層明顯的瞬變電磁法進(jìn)行施測，在其初步成果基礎(chǔ)上，采用直流電法加以驗(yàn)證[1]。

（1）瞬變電磁法。瞬變電磁法的工作原理是在地表敷設(shè)不接地線框或接地電極，輸入階躍電流，當(dāng)回線中電流突然斷開時(shí)，在下半空間就要激勵(lì)起感應(yīng)渦流以維持?jǐn)嚅_電流前已存在的磁場，并且此渦流場隨時(shí)間以等效渦流環(huán)的形式向下傳播、向外擴(kuò)展，利用不接地線圈、接地電極或地面中心探頭觀測此二次渦流磁場或電場的變化情況，用以研究淺層至中深層的地電結(jié)構(gòu)，由于是在沒有一次場背景的情形下觀測純二次場異常，因而異常更直接、探測效果更明顯、原始數(shù)據(jù)的保真度更高[2]。

（2）直流電法。直流電法采用視電阻率法和激發(fā)極化法，該方法是探測地下水的傳統(tǒng)的、主要方法；視電阻率法和激發(fā)極化法，是通過建立人工電場，觀測研究地下電流由于地層電阻率的不較均勻，受到外加電場所反映的電性變化規(guī)律，來達(dá)到探測地下巖層、地質(zhì)構(gòu)造、地下水的分布特征；采用直流電法測得的不同深度地層視電阻率、激發(fā)極化半衰時(shí)，能過驗(yàn)證瞬變電磁法對于采空區(qū)積水、地層富水的解釋成果，特別是，由于煤系地層具有高的極化現(xiàn)象。

4 施工參數(shù)的選擇

瞬變電磁儀器選用的儀器為重慶奔騰儀器廠生產(chǎn)的WTEM-2Q型瞬變電磁儀。為了使本次地面電法勘探能夠達(dá)到預(yù)期目的，施工前在勘探區(qū)內(nèi)進(jìn)行參數(shù)選擇試驗(yàn)工作。根據(jù)對比試驗(yàn)，確定本次施工數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置為：200m×200m邊長發(fā)射線框，發(fā)射頻率為16Hz，供電電流不小于10A，延時(shí)為240μs。DZD-6A多功能直流電法（激電）儀，該儀器主要用于尋找金屬礦床與非金屬礦床、勘探地下水、能源資源，以及研究地質(zhì)構(gòu)造等。

本次探測區(qū)域內(nèi)，共完成勘探線52條，坐標(biāo)點(diǎn)2741個(gè)，試驗(yàn)坐標(biāo)點(diǎn)2個(gè)總計(jì)56個(gè)物理點(diǎn)（其中點(diǎn)試驗(yàn)物理點(diǎn)23個(gè)，線試驗(yàn)物理點(diǎn)33個(gè)），檢測點(diǎn)95個(gè)，總計(jì)物理點(diǎn)2892個(gè)，完成了本次勘探設(shè)計(jì)的工作量。激發(fā)極化法完成測線2條，共計(jì)55個(gè)物理點(diǎn)。

5 數(shù)據(jù)處理與資料解釋

本次TEM采集的數(shù)據(jù)在反演之前，首先用專業(yè)預(yù)處理軟件逐點(diǎn)進(jìn)行整理及預(yù)處理，檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，剔除不合格數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行編錄；其次，對曲線進(jìn)行光滑，以濾除或壓制干擾噪聲；再次，利用反演軟件反演得到反演電阻率和視高程等參數(shù)，根據(jù)有關(guān)測量、地質(zhì)和鉆探等資料對反演電阻率斷面進(jìn)行深度或地形校正；最后，繪制出視電阻率斷面圖、順層視電阻率切片圖及其它相關(guān)圖件。

瞬變電磁的數(shù)據(jù)解釋是建立在資料處理后的視電阻率斷面圖、順層視電阻率切片圖的基礎(chǔ)之上。為提高解釋的準(zhǔn)確性，在初步解釋之后調(diào)整處理過程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)處理，直到滿足解釋要求。

6 地質(zhì)成果

（1）2號煤層成果。根據(jù)原始記錄、地面調(diào)查、地質(zhì)資料及礦井采掘資料，我們對勘探區(qū)內(nèi)2號煤層積水異常區(qū)進(jìn)行了劃分圈定。共圈定異常區(qū)7個(gè)，分別為A1-A7，詳見下圖1。

圖1 2號煤層成果圖

（2）9號煤層成果。綜合成果圖、原始記錄，地面調(diào)查、地質(zhì)資料及礦井采掘資料，我們對勘探區(qū)內(nèi)9號煤層積水異常區(qū)進(jìn)行了劃分圈定。共圈定異常區(qū)13個(gè)，分別為B1-B13，部分異常區(qū)受高壓線影響，可靠性差。

7 結(jié)論及建議

（1）結(jié)論。本次勘探采用地面瞬變電磁探測方法，技術(shù)手段先進(jìn)、方法選用合理、野外試驗(yàn)充分、施工方法和技術(shù)措施得當(dāng)、數(shù)據(jù)處理精細(xì)，取得了較可靠的基礎(chǔ)資料。綜合研究并結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)資料，對取得的視電阻率斷面和順層切片異常進(jìn)行了推斷解釋，取得了較為客觀的地質(zhì)成果，完成了合同要求的各項(xiàng)地質(zhì)任務(wù)，并按合同要求完成了成果圖件的繪制和文字報(bào)告的編制工作。我們對勘探區(qū)內(nèi)2號煤層及9號煤層積水異常區(qū)進(jìn)行了劃分圈定。共圈定2號煤層異常區(qū)7個(gè)，分別為A1-A7，異常區(qū)A1中部及西部、異常區(qū)A2的東部、異常區(qū)A3的西部、異常區(qū)A5受高壓線影響可靠性差；共圈定9號煤層異常區(qū)13個(gè)，分別為B1-B13，異常區(qū)B1、異常區(qū)B3的西部和東部、異常區(qū)B4、異常區(qū)B7的西部受高壓線影響可靠性差。

（2）建議。①瞬變電磁法存在多解性，受外界因素影響大，無法精準(zhǔn)劃分出采空區(qū)及積水區(qū)的邊界，建議礦方對本次物探報(bào)告提出的成果利用井下鉆探等其它有效方法對其進(jìn)行的驗(yàn)證。②礦方及時(shí)向我公司反饋采掘資料，以便更好地為礦方提供可靠的分析。③礦方應(yīng)以“預(yù)測預(yù)報(bào)，有疑必探，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原則，防止水災(zāi)害的發(fā)生。④本次瞬變電磁法資料反映的均是水的靜態(tài)特性，采空區(qū)積水是動(dòng)態(tài)變化的，隨著時(shí)間的推移積水情況在不斷的變化，礦方對此應(yīng)加以重視。