湯金柜

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

煤礦水文地質(zhì)勘查可以初步查明礦區(qū)內(nèi)主要含水巖溶裂隙發(fā)育帶的分布位置及深度、采空區(qū)積水情況，為預(yù)防和避免礦坑涌水事故提供初步依據(jù)[1-3]。貴州省某煤礦位于上揚(yáng)子地臺(tái)大婁山背斜南翼，構(gòu)造以褶曲為主。本次物探在測(cè)區(qū)共布置了高密度電測(cè)深法剖面5條（點(diǎn)距10 m，剖面總長(zhǎng)6.5 km），可控源音頻大地電磁法剖面3條（點(diǎn)距50 m，剖面總長(zhǎng)5.8 km）。

1 礦區(qū)地球物理特征

由新至老，該煤礦礦區(qū)內(nèi)及附近出露地層有第四系（Q）、三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）、二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、二疊系中統(tǒng)茅口組（P3m）。根據(jù)以往的物探成果及測(cè)井資料，測(cè)區(qū)內(nèi)各巖組的電阻率相對(duì)大小如表1所示。三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）分為沙堡灣段（T1y1）和玉龍山段（T1y2）。積水采空區(qū)電性層為低阻體，未積水采空區(qū)為高阻體。

表1 煤礦地層電性特征

2 綜合物探方法技術(shù)要求

2.1 方法原理

高密度電測(cè)深法具有電阻率測(cè)深法和電阻率剖面法的雙重功能[4-7]。其中，電阻率測(cè)深法測(cè)量原理是保持測(cè)點(diǎn)不動(dòng)，不斷改變電極距進(jìn)行多次觀測(cè)，隨著供電電極的逐步增大，電流場(chǎng)逐步加深變廣，通過(guò)觀測(cè)視電阻率的變化，了解測(cè)點(diǎn)下部地下介質(zhì)在垂向上的電阻率變化；電阻率剖面法測(cè)量原理是保持供電電極及測(cè)量電極的距離不變，幾個(gè)電極同時(shí)沿測(cè)線逐點(diǎn)移動(dòng)，觀測(cè)視電阻率的變化。它可以了解沿測(cè)線左右一定范圍及向下某一深度范圍內(nèi)在測(cè)線方向上地下介質(zhì)電阻率的變化。

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是一種電磁測(cè)深法，針對(duì)大地電磁測(cè)深法場(chǎng)源隨機(jī)性、信號(hào)微弱和觀測(cè)困難的缺點(diǎn)，改用人工控制場(chǎng)源，以獲得更好的探測(cè)效果[8-9]。它通過(guò)改變發(fā)射源的發(fā)射頻率達(dá)到測(cè)深目的，通過(guò)測(cè)量相互正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量計(jì)算卡尼亞視電阻率。視電阻率的計(jì)算公式為

式中：ρ為視電阻率；f為工作頻率；Ex為電場(chǎng)分量振幅；Ey為水平磁場(chǎng)分量振幅。

CSAMT法采用的人工場(chǎng)源有磁性源和電性源兩種。本次物探采用的電性源是在有限長(zhǎng)（1～3 km）的接地導(dǎo)線中供以音頻電流，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電磁場(chǎng)。電性源CSAMT法收發(fā)距長(zhǎng)，因而探測(cè)深度大（通常可達(dá)2 km）。CSAMT法一般要求場(chǎng)源和測(cè)深點(diǎn)的距離達(dá)到3～5倍的趨膚深度，在平行于場(chǎng)源中垂線兩邊張角各30°的扇形區(qū)域內(nèi)逐點(diǎn)觀測(cè)電場(chǎng)分量和與之正交的水平磁場(chǎng)分量振幅和相位，進(jìn)而計(jì)算卡尼亞視電阻率和阻抗相位。在音頻范圍內(nèi)逐次改變供電頻率，完成頻率測(cè)深觀測(cè)。趨膚深度的計(jì)算公式為

式中：δ為趨膚深度；ρ均為測(cè)區(qū)內(nèi)預(yù)期的平均電阻率；f為工作頻率。

2.2 技術(shù)參數(shù)設(shè)定

高密度電測(cè)深法使用了施倫貝爾排列。從主要技術(shù)參數(shù)來(lái)看，測(cè)量電極距為10 m，供電電極距為15～700 m，供電電壓為400 V，供電時(shí)間大于500 ms?？煽卦匆纛l大地電磁法采用橫磁波（TM）標(biāo)量測(cè)量模式，發(fā)射偶極布設(shè)在測(cè)區(qū)北邊約10 km的黃泥堡、顧家碼頭附近，電偶極子與測(cè)線方向一致。收發(fā)距分別為9.4 km、10.2 km，接收偶極矩為50 m，發(fā)射偶極矩為1 208 m；最低工作頻率為1 Hz，最高工作頻率為8 192 Hz；發(fā)射電流為5～16 A。

2.3 資料處理

高密度電測(cè)深法數(shù)據(jù)進(jìn)行100%的檢查復(fù)核，刪除個(gè)別畸變點(diǎn)，再進(jìn)行反演和成圖。本次物探資料的圖示采用多種方式?？煽卦匆纛l大地電磁法的數(shù)據(jù)采用SCS2D軟件進(jìn)行一維、二維圓滑模型反演。CSAMT數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 CSAMT數(shù)據(jù)處理流程

一是數(shù)據(jù)編輯。對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，剔除干擾或者無(wú)用的數(shù)據(jù)，利用專業(yè)軟件生成數(shù)據(jù)處理所需的文件格式。二是刪除畸變點(diǎn)。在SCS2D軟件中，再一次對(duì)畸變點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接刪除。三是一維、二維反演。采用專業(yè)軟件，對(duì)CSAMT數(shù)據(jù)進(jìn)行一維、二維反演。該程序自動(dòng)生成背景模型斷面，對(duì)反演擬合參數(shù)進(jìn)行多次擬合迭代，最終生成不同深度的擬電阻率斷面模型。四是繪制一維、二維反演擬電阻率斷面圖。利用專業(yè)成圖軟件將程序生成的模型電阻率斷面轉(zhuǎn)換成Surfer網(wǎng)格化文件，經(jīng)軟件自動(dòng)生成電阻率斷面圖，以dxf文件格式輸出，最后將其轉(zhuǎn)換為CAD格式成圖。

3 物探成果分析

該煤礦采用高密度電測(cè)深法與可控源音頻大地電磁法對(duì)二采區(qū)進(jìn)行物探。根據(jù)地層電性特征，本測(cè)區(qū)探測(cè)的目標(biāo)體（巖溶發(fā)育帶、充水采空區(qū)）為低阻體，因此低阻異常為有用異常。在視電阻率斷面圖中，總體來(lái)看，視電阻率不大于300 Ω·m的等值線反映了低阻異常的存在。因此，低阻異常區(qū)大致以視電阻率不大于300 Ω·m的等值線確定，對(duì)局部電阻率偏高或偏低的位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。本次物探工作的目的是查明二采區(qū)范圍內(nèi)煤礦采空區(qū)情況和含水巖溶裂隙的分布位置，因此物探解釋工作圍繞二采區(qū)范圍內(nèi)低阻異常進(jìn)行。

3.1 測(cè)線1

物探測(cè)線315～493 m的位置存在一個(gè)向大號(hào)端傾斜的低阻帶，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育帶；測(cè)線631～691 m的位置存在一個(gè)向小號(hào)端傾斜的低阻帶，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)；測(cè)線783～821 m的位置有低阻封閉圈，且與下部低阻有連通趨勢(shì)，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)。結(jié)合這三處低阻異常形態(tài)與地表觀測(cè)到的地裂縫，推測(cè)測(cè)線913 m以東為采空區(qū)（積水），三處巖溶裂隙發(fā)育帶均由采空區(qū)垮塌引起。測(cè)線929～1 019 m的位置有一個(gè)帶狀低阻異常，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)。

3.2 測(cè)線2

物探測(cè)線170～282 m的位置存在一個(gè)開(kāi)口向上的低阻異常，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)；測(cè)線282～473 m的位置淺部有封閉低阻異常，但發(fā)育規(guī)模較淺，對(duì)二采區(qū)煤礦影響不大；測(cè)線652～770 m的位置存在一個(gè)向下貫通的低阻異常，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)；測(cè)線793～939 m的位置存在一個(gè)低阻封閉圈，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)。結(jié)合整個(gè)反演斷面圖低阻異常形態(tài)，推測(cè)測(cè)線915 m以東為采空區(qū)（積水）。

3.3 測(cè)線3

物探測(cè)線57～270 m的位置存在一個(gè)開(kāi)口向上的低阻異常，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)；測(cè)線350～442 m的位置有一個(gè)帶狀低阻異常，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)；測(cè)線761～1 071 m的位置存在一個(gè)貫通地表的封閉低阻圈，推測(cè)其為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)；測(cè)線1 130 m附近存在一個(gè)貫通低阻帶，推測(cè)其為斷層破碎影響帶。

4 結(jié)論

經(jīng)推測(cè)，在一定深度內(nèi)，該煤礦二采區(qū)測(cè)線1、測(cè)線2以東均存在采空區(qū)引起的巖溶裂隙發(fā)育，測(cè)線3附近有斷層發(fā)育，其為正斷層，向東傾斜，傾角為73°左右。整個(gè)二采區(qū)灰?guī)r巖溶裂隙比較發(fā)育，分布有多處巖溶裂隙發(fā)育區(qū)。因二采區(qū)茅口灰?guī)r埋深較大，部分測(cè)線僅中心區(qū)域探深達(dá)到茅口灰?guī)r，個(gè)別測(cè)線完全沒(méi)有測(cè)到茅口灰?guī)r。可測(cè)范圍的物探結(jié)果顯示，茅口灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育一般。