劉洋 李易 聶立

（四川中成煤田物探工程院有限公司，四川成都 610000）

0.引言

煤礦采空區(qū)對(duì)鐵路隧道的施工安全、后期運(yùn)營(yíng)存在巨大的安全隱患及危害，查明采空區(qū)的施工范圍、規(guī)模以及與隧道線路的交匯情況顯得尤為重要；瞬變電磁法是目前工程勘察過(guò)程中針對(duì)采空區(qū)調(diào)查應(yīng)用較廣的物探方法之一。

1.區(qū)域地質(zhì)概況及地球物理特征

工作區(qū)出露地層由老到新依次有：三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T21）、三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj），侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組（J1zh）、中下統(tǒng)自流井組(J1-2z)、第四系（Q4）。工區(qū)出露主要地層有第四系，雷口坡組、珍珠沖組、自流井組、須家河組。本次物性工作對(duì)工區(qū)進(jìn)行了有針對(duì)性的巖樣采集及測(cè)試工作，分別在不同地層不同巖性進(jìn)行對(duì)稱四極法物性測(cè)試，巖性主要以砂巖、泥巖、白云巖為主。通過(guò)測(cè)試可知，工區(qū)內(nèi)砂巖電阻率值為280～810Ω?m，常見(jiàn)值為320Ω?m，泥巖電阻率值為88～339Ω?m，常見(jiàn)值為150Ω?m，白云巖電阻率值為1208～3524Ω?m，常見(jiàn)值為1600Ω?m。

2.瞬變電磁法的原理及野外工作方法

2.1 瞬變電磁法原理

瞬變電磁法（簡(jiǎn)稱TEM，也稱TDEM）是一種重要的電法勘探分支方法。TEM利用接地導(dǎo)線或不接地回線向地下發(fā)送一次脈沖電磁場(chǎng)，在一次場(chǎng)斷電后，通過(guò)觀測(cè)及研究二次渦流場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律來(lái)探測(cè)介質(zhì)的電性（見(jiàn)圖1）。采用“煙圈理論”，形象化地描述了瞬變電磁測(cè)深的原理：瞬變響應(yīng)可近似地用向地下擴(kuò)散的電流環(huán)來(lái)等效，這些電流環(huán)好象是發(fā)射回線吹出的“煙圈”，其形狀與發(fā)射回線相同，隨著延時(shí)的增加而向外、向下擴(kuò)散[1-2]。根據(jù)這個(gè)原理，可把地表測(cè)得的隨時(shí)間變化的瞬變響應(yīng)轉(zhuǎn)化為電阻率隨深度變化的函數(shù)曲線，從而實(shí)現(xiàn)瞬變電磁測(cè)深。對(duì)于均勻半空間條件下，可得到中心回線瞬變響應(yīng)的解析表達(dá)式：

圖1 TEM工作原理示意圖

由于二次場(chǎng)隨時(shí)間的推移向地下深部擴(kuò)散，衰減曲線也即相應(yīng)反應(yīng)了大地電阻率隨深度變化的特征，通過(guò)反演解釋即可得到大地電阻率隨深度的變化曲線[3]。TEM為人工源時(shí)間域電磁測(cè)深，有穿透高阻層能力強(qiáng)及人工源方法受干擾影響小等優(yōu)點(diǎn)外，它還具有以下優(yōu)點(diǎn)[4]：

（1）斷電后觀測(cè)純二次場(chǎng)，可以進(jìn)行近區(qū)觀測(cè)，電性分辨能力較強(qiáng)；（2）可用大功率發(fā)射方法增強(qiáng)二次場(chǎng)，提高信噪比，從而增加勘探深度；（3）通過(guò)多次脈沖激發(fā)，場(chǎng)的重復(fù)疊加和空間域擬地震的多次覆蓋技術(shù)應(yīng)用，提高信噪比和觀測(cè)精度；（4）可通過(guò)選擇不同的時(shí)間窗口進(jìn)行觀測(cè)，有效地壓制地質(zhì)噪聲，可獲得不同勘探深度。

2.2 工作方法

本次勘查工作使用的儀器為美國(guó)Zonge公司生產(chǎn)的GDP-32多功能電法儀；布設(shè)TEM測(cè)線22條（如圖2所示），點(diǎn)距10m，發(fā)射線框400m×400m；T1-T15線為原2號(hào)通道控制范圍，共2條隧道線路方案；T16-T22線為更改后的2號(hào)通道控制范圍。

圖2 TEM測(cè)線布設(shè)示意圖

3.TEM數(shù)據(jù)處理流程及成果

3.1 TEM數(shù)據(jù)處理流程

TEM觀測(cè)的數(shù)據(jù)是按時(shí)間衰減的電壓曲線，為時(shí)間域的電壓數(shù)據(jù)，必須通過(guò)反演才能得到深度域電阻率數(shù)據(jù)，即得到大地電阻率的分布，從而推斷解釋相關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題。此外，由于TEM觀測(cè)資料受觀測(cè)裝置、噪音的等多種因素的影響，因此必須進(jìn)行相應(yīng)的濾波去噪、校正等處理。TEM資料處理流程如圖3所示。

圖3 TEM資料處理流程圖

3.2 解釋成果

T6線反演剖面下伏須家河組五段煤層位置在剖面中段視電阻率等值線較為凌亂，并有圈閉異常，圈定出2處異常（見(jiàn)圖4），異常編號(hào)為s1、s2,里程約270m～300m、320m～390m，標(biāo)高約220m～260m、230m～270m；T7線反演剖面圈定出2處異常（見(jiàn)圖5），異常編號(hào)為s3、s4,里程約250m～290m、320m～400m，標(biāo)高約200m～250m、230m～280m；T8線反演剖面圈定出1處異常（見(jiàn)圖6），異常編號(hào)為s5,里程約170m～260m，標(biāo)高約200m～300m結(jié)合已知資料，推測(cè)為一碗水風(fēng)井巷道電性異常。

圖4 T6測(cè)線物探成果斷面圖

圖5 T7測(cè)線物探成果斷面圖

圖6 T8測(cè)線物探成果斷面圖

4.結(jié)論

（1）瞬變電磁法在本次勘察中，整體TEM視電阻率反演剖面電性特征較一致、與地質(zhì)特征較吻合（地層產(chǎn)狀陡、西側(cè)自流井組泥巖、砂巖較低阻，東側(cè)為雷口坡白云巖較高阻）。（2）勘察區(qū)主采煤層為須家河一、五段，須家河組地層各組電性變化小（反演剖面等值線間距為5Ω＊m），因此，通過(guò)視電阻率高、低異常很難區(qū)分采空異常，僅能通過(guò)視電阻率等值線變化異常結(jié)合煤層位置進(jìn)行圈定采空區(qū)異常；通過(guò)以上原則，在T6、T7、T8線圈定了5處（藍(lán)色圈）疑似一碗水風(fēng)井巷道異常。（3）更改后的2號(hào)隧道穿過(guò)區(qū)域視電阻率等值線分布均勻，未發(fā)現(xiàn)明顯煤礦采空異常。