■　劉豐武

（山東第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院山東濟(jì)南250014）

瞬變電磁法在確定采空區(qū)及影響范圍中的應(yīng)用

■劉豐武

（山東第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院山東濟(jì)南250014）

為尋求確定采空區(qū)及影響范圍的可行方法，本文以淄博某煤礦采空區(qū)為例，利用瞬變電磁法的原理進(jìn)行采空區(qū)及影響范圍的確定。當(dāng)?shù)叵麓嬖陔娦圆痪鶆蝮w時(shí)，瞬變電磁法會(huì)觀測到電性不均勻體的渦流異常場，通過對異常場的分析研究，推斷礦體、采空區(qū)、塌陷區(qū)等地下盲體的部位和范圍。

瞬變電磁法采空區(qū)

0　前言

由于煤礦的開采，致使大史村發(fā)生了較大面積的地裂縫、房屋開裂、地面塌陷等災(zāi)害，初步確定為采空區(qū)塌陷。根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件及地球物理特征，本次工作采用具有信噪高、分辨力強(qiáng)、探測深度大、探測速度快等優(yōu)點(diǎn)的瞬變電磁法，用以確定采空區(qū)的范圍。

1　瞬變電磁勘探原理及工作方法

瞬變電磁法（TEM）它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間歇期間，利用線圈或接地電極觀測地下半空間二次渦流場的變化，從而達(dá)到探測目的的物探方法。

本次瞬變電磁儀器為EMRS-2B型瞬變電磁儀，包括供電部分和接收測量部分等。該儀器是采用小線框（5m×5m），野外施工方便，效率高，有利于壓制隨機(jī)干擾，提高信噪比，旁側(cè)效應(yīng)較小，探測深度較大,橫向分辨率較高。

根據(jù)地裂縫和地面塌陷的發(fā)育特征及礦山開采單位初步提供的采空區(qū)分布特征，在南北方向上布設(shè)3條勘探線，東西方向上布設(shè)4勘探線對村子及周圍進(jìn)行控制。

2　地質(zhì)及地球物理特征

2.1地質(zhì)概況

2.1.1地層

工作區(qū)內(nèi)有奧陶系、二疊系、石炭系、第四系地層，現(xiàn)由老至新分述于下。

（1）奧陶紀(jì)馬家溝組(OM)：位于石炭紀(jì)含煤地層基底。椐淄博野外實(shí)測剖面，總厚度約820m，以白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、豹皮灰?guī)r和厚層灰?guī)r夾泥灰?guī)r為主。

（2）石炭系～二疊系：假整合于奧陶紀(jì)灰?guī)r之上。

①本溪組(CyB)：假整合接觸于奧陶系之上，平均厚度54.13m。

②太原組 (C2-P1yT)：整合沉積于本溪組之上，平均厚度167.95m，為本區(qū)主要含煤地層。巖性有砂巖、砂質(zhì)頁巖、砂頁巖、頁巖、粘土頁巖、薄層灰?guī)r及煤層組成，共含煤10余層，其中7煤層平均厚1.7m。

③山西組(Py)：平均厚度61.78m。巖性由砂巖、砂頁巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖、粘土頁巖和煤組成，為本區(qū)又一含煤地段，共含煤10層左右，其中可采煤層有3煤，厚度0.7m左右，為本礦區(qū)主要可采煤層之一。

④石盒子組(P)：平均厚度513.55m，巖性由砂巖、砂質(zhì)頁巖、雜色頁巖、粘土頁巖等組成，為非含煤地層。

（3）第四系：不整合接觸于二疊系之上，厚度0～54.2m，由黃褐色粘土、黃土、砂質(zhì)粘土、亞粘土和砂礫石層組成。

2.1.2構(gòu)造

對工作區(qū)有影響的斷層F6斷層距村西約400m，為一縱貫井田的正斷層，傾向西-西北，傾角70o左右，落差在110～400m之間。其伴生的斷層F6-1落差在0～50m之間、F6-2落差在60～90m之間，均為縱貫井田的正斷層，傾向西-西北，傾角70o左右。村北部的F14斷層，為正斷層，傾向南，傾角70°，落差在0～40m之間，延伸距離3.25km左右，在中央村西南部與F6-2斷層交匯。

2.1.3礦體特征及開采情況

（1）可采煤層特征。礦井主要可采煤層有1、2、3、4、7、10-2.3煤，9煤層已經(jīng)開采完畢，各可采煤層的主要特征自上而下分述如表1：

表1　各可采煤層穩(wěn)定程度表

（2）采空區(qū)情況。村莊范圍內(nèi)地下煤礦采空區(qū)主要為3煤、7煤，3煤在村下共有10個(gè)采區(qū)，開采煤層厚度在0.37～0.82m；7煤有6個(gè)采區(qū)，北部為1989年開采的7412采區(qū)，開采煤層厚度0.85～1.20m。

圖1　3煤和7煤采空區(qū)范圍

2.2地球物理特征

采空區(qū)由于受采空影響，原本地層結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，巖層原有的電性特征也隨之發(fā)生了變異，所以電性差異反映通常較為明顯。

地下礦體局部被采空后，在巖體形成一定規(guī)模的空間，使周圍的應(yīng)力平穩(wěn)狀態(tài)遭受破壞，產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中，采空區(qū)頂板在上覆巖層壓力的作用下，發(fā)生變形、斷裂位移、冒落。形成的冒落帶、斷裂帶、變形彎曲帶影響范圍比原采空區(qū)要大，且直接影響其電性分布狀況，即采空塌陷區(qū)與圍巖在電性上存在著較明顯差異，在電率異常特征上表現(xiàn)為形成的視電阻率相對高低不同。

圖2　S1線綜合推斷剖面圖

3　資料分析與解釋

通過分析綜合推斷剖面，采空塌陷的發(fā)育主要在E3線的南部，以S1線為界，在S1線的東側(cè)淺部采空無異常反映，而在S1線的西側(cè)，淺部采空有異常反映。從電性圖上進(jìn)行分析，采空區(qū)及上部冒落破壞帶的發(fā)育主要集中在測區(qū)的300m～700m垂深空間范圍內(nèi)，對應(yīng)的開采煤層主要是3煤和7煤。

本次工作采用瞬變電磁法（TEM）方法進(jìn)行勘探，在定性解釋上，很好的解譯了采空區(qū)的范圍，物探資料的質(zhì)量以及所得到的結(jié)果是比較可靠的。

4　結(jié)論

本文對瞬變電磁法的基本原理進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，對采空區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析解譯，基本測定了采空區(qū)及其影響的范圍，為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測評估提供了依據(jù)。因此，瞬變電磁法在確定采空區(qū)及其影響的范圍的應(yīng)用是可行的。

[1]王善勛，楊文峰，張衛(wèi)敏等.瞬變電法在煤礦采空區(qū)探測中的應(yīng)用研究[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2012（4）.

[2]安潤蓮，姚精選，楊引串.瞬變電磁勘探技術(shù)在探測采空區(qū)中的應(yīng)用[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2006（4）.

[3]蔣邦選.實(shí)用近區(qū)磁源瞬變電磁法勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，1998.

[4]薛國強(qiáng).瞬變電磁法成像技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2002.

O441[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-3-331-1