TEM與測(cè)氡在孝義礦區(qū)采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

侯 云 英

(山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044004)

TEM與測(cè)氡在孝義礦區(qū)采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

侯 云 英

(山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044004)

介紹了瞬變電磁法和測(cè)氡法的勘探原理及其在采空區(qū)上的理論響應(yīng)特征，通過(guò)實(shí)例分析了瞬變電磁法結(jié)合活性炭測(cè)氡法在煤田采空區(qū)勘探中的綜合應(yīng)用效果，指出兩者在采空區(qū)探測(cè)中異常對(duì)應(yīng)較好，探測(cè)結(jié)果一致，兩者結(jié)合應(yīng)用于采空區(qū)探測(cè)中可取得最佳的效果。

瞬變電磁，測(cè)氡，煤田采空區(qū)

瞬變電磁法以其經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，且對(duì)水的敏感性好的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)已被廣泛的應(yīng)用于煤田采空區(qū)富水的勘查中，但其物探方法單一，對(duì)異常的劃分具有一定的局限性。本文主要介紹了瞬變電磁法結(jié)合活性炭測(cè)氡法在晉中南煤礦采空區(qū)及其富水情況勘探中的綜合應(yīng)用效果。

1 瞬變電磁法

1.1 勘探原理

瞬變電磁勘探法是一種利用電磁感應(yīng)預(yù)測(cè)地下礦產(chǎn)及地下地質(zhì)體的地球物理勘探方法。它是在地表敷設(shè)不接地線框或接地電極，輸入階躍電流，然后將回線中的電流突然斷開(kāi)的瞬間，在地下產(chǎn)生二次感應(yīng)場(chǎng)，利用不接地線圈或儀器探頭來(lái)觀測(cè)地下二次場(chǎng)隨時(shí)間變化的情況，以此來(lái)研究地下地層的電性特征，分析地層情況和地質(zhì)構(gòu)造情況，以達(dá)到解決地質(zhì)問(wèn)題的目的。

1.2 采空區(qū)電性理論特征

巖層與煤層采空區(qū)、采空富水區(qū)、空洞、塌陷、裂隙帶之間的較大電性差異是利用瞬變電磁法勘探的地球物理前提。當(dāng)?shù)貙釉跈M向上分布較均勻，無(wú)空洞、裂隙發(fā)育時(shí)，電阻率則在水平層上分布均勻一致，無(wú)彎曲和凸凹等突變現(xiàn)象。當(dāng)煤層被采出后，在巖層內(nèi)則形成一定范圍內(nèi)的空洞，產(chǎn)生地層電性特征的變化，在空洞區(qū)形成相對(duì)高阻區(qū)域。圍巖因煤層的采掘受到一定的擾動(dòng)，穩(wěn)定性變差，應(yīng)力發(fā)生變化，隨著時(shí)間的推移，在地球重力的作用下則會(huì)產(chǎn)生塌陷和裂逢，地表水、地下水就會(huì)沿著裂縫和透水地層涌入空洞，此時(shí)地層電性特征又會(huì)發(fā)生變化，在富水空洞及充水裂隙區(qū)域顯示相對(duì)低阻特征。瞬變電磁法就是利用煤層采掘前后地層電性特征的變化，來(lái)尋找煤層采空區(qū)及富水區(qū)。

2 活性炭測(cè)氡法

2.1 勘探原理

氡是一種無(wú)色、無(wú)嗅、無(wú)味的放射性氣體，也是一種惰性氣體，常規(guī)條件下不易參加化學(xué)反應(yīng)，但能被固體物質(zhì)所吸附，其中活性炭等固體物質(zhì)吸附氡的能力較強(qiáng)。主要是由于活性炭和氡都為非極性物質(zhì)，這兩種物質(zhì)相互接近時(shí)，其分子和原子在電力轉(zhuǎn)動(dòng)和核振動(dòng)的作用下，發(fā)生電子與電子核之間的相對(duì)位移，產(chǎn)生瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生色散力，氡就是在接近活性炭時(shí)被活性炭產(chǎn)生的色散力所吸附。根據(jù)活性炭中吸附氡數(shù)值的大小，可知所測(cè)地區(qū)氡氣的含量，進(jìn)而推斷地下地質(zhì)構(gòu)造情況。

2.2 采空區(qū)氡理論特征

一般來(lái)講，煤是在還原條件下形成的，且呈褐色或深褐色，所以煤中含有較高的放射性元素。氡是由放射性元素鐳衰變來(lái)的，而氡又繼續(xù)衰變并產(chǎn)生系列子體。且氡具有很強(qiáng)的縱向運(yùn)移能力，其向上運(yùn)移能力大于向下運(yùn)移能力,縱向運(yùn)移能力大于橫向運(yùn)移能力。這為測(cè)氡技術(shù)在煤礦采空區(qū)上的應(yīng)用提供了一定的前提條件。煤層被采掘后形成空洞，圍巖受到一定擾動(dòng)，發(fā)生應(yīng)力變化產(chǎn)生塌陷和裂隙，為氡從周?chē)貙酉虿煽諈^(qū)運(yùn)移及由采空區(qū)向地面的運(yùn)移提供了儲(chǔ)集區(qū)和通道，使得采空區(qū)上方出現(xiàn)氡異常區(qū)。總之，通過(guò)各種作用，氡氣元素由周?chē)貙酉虿煽諈^(qū)移動(dòng)，在采空區(qū)內(nèi)富集，再由采空區(qū)向地表運(yùn)移，在地表形成一個(gè)與采空區(qū)形態(tài)相應(yīng)的氡異常區(qū)。因此，可以通過(guò)測(cè)量地表氡元素的濃度(實(shí)際是測(cè)量氡及其子體衰變所釋放的γ射線的強(qiáng)度)來(lái)圈定煤礦采空區(qū)的位置和范圍。

3 探測(cè)區(qū)概況

勘探區(qū)屬山西省孝義市陽(yáng)泉曲、西泉、驛馬及柱濮鄉(xiāng)(鎮(zhèn))管轄，西南鄰交口縣西邏、李家坡村，南鄰靈石縣東邏、金莊村。地處呂梁山中段之西麓，地形地貌屬黃土高原低山丘陵區(qū)，由大型沖溝相間組成，地勢(shì)陡峻，北高南低，沖溝發(fā)育，地形復(fù)雜。區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)為西北部高唐板村北梁頂，海拔1 206.20 m，最低點(diǎn)處于南部李家溝河河床，海拔為882.69 m，相對(duì)高差為323.51 m。勘探區(qū)內(nèi)絕大部分為新生界覆蓋，僅在較大溝谷中有二疊系下統(tǒng)下石盒子組和山西組部分地層出露。據(jù)鉆孔揭露地層資料，基巖地層主要有古生界二疊系上統(tǒng)上石盒子組、下統(tǒng)下石盒子組和山西組、石炭系上統(tǒng)太原組、中統(tǒng)本溪組及奧陶系中統(tǒng)峰峰組、馬家溝組。勘探區(qū)內(nèi)主要含煤地層為石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。

4 資料處理

1)瞬變電磁資料處理。本次瞬變電磁資料處理采用加拿大GEONICS公司生產(chǎn)的PROTEM EM-67瞬變電磁系統(tǒng)自帶軟件進(jìn)行資料處理。本次數(shù)據(jù)處理流程主要包括：濾波、關(guān)斷時(shí)間校正、圓滑、視電阻率的計(jì)算、時(shí)深轉(zhuǎn)換、反演、地形校正、繪制參數(shù)圖件。

2)測(cè)氡資料處理。氡氣測(cè)量的資料處理采用太原理工大學(xué)測(cè)氡課題組研制的專(zhuān)用測(cè)氡數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)測(cè)氡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處理階段和成圖階段，活性炭測(cè)氡數(shù)據(jù)的預(yù)處理[1]是將測(cè)量回來(lái)的單個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)提取成報(bào)告中所需的數(shù)據(jù)，進(jìn)行時(shí)間校正(輸入埋杯、取杯時(shí)間)，以消除各測(cè)點(diǎn)因埋杯、取杯及衰變時(shí)間的不同造成的誤差，主要包括標(biāo)準(zhǔn)化處理、歸一化處理、儀器校正、實(shí)測(cè)γ強(qiáng)度的修正(時(shí)間校正)、均滑處理等方面。最終繪制出各測(cè)線剖面圖和平面等值線圖。

5 應(yīng)用效果

圖1和圖2分別為本勘探區(qū)3線、4線瞬變電磁測(cè)深成果斷面圖及相對(duì)應(yīng)的測(cè)氡曲線圖。由瞬變電磁測(cè)深斷面圖可看出從1 400點(diǎn)～1 500點(diǎn)間，視電阻率等值線明顯向下彎曲，同一深度層上其明顯顯示為相對(duì)低阻，推斷此處為積水采空區(qū)，其相對(duì)應(yīng)的測(cè)氡曲線值較高，氡值基本在1 100個(gè)計(jì)數(shù)/3 min以上，此處為氡值異常區(qū)。此處瞬變電磁探測(cè)結(jié)果和氡值探測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)較好，因此圈定此處為低阻采空異常區(qū)，后經(jīng)礦區(qū)資料調(diào)查和實(shí)地驗(yàn)證，此處為一積水采空區(qū)。

圖3為勘探區(qū)550線瞬變電磁測(cè)深成果斷面圖及相對(duì)應(yīng)的測(cè)氡曲線圖。圖中圈定區(qū)域?yàn)橐曤娮杪矢咧祬^(qū)與氡高值區(qū)，兩者相對(duì)應(yīng)較好，因此推斷圖內(nèi)圈定區(qū)域?yàn)楦咦璨煽债惓^(qū)，結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)本礦區(qū)進(jìn)行地面瞬變電磁法和活性炭測(cè)氡法兩種物探方法的綜合勘探，綜合解釋對(duì)比，可知，瞬變電磁法和活性炭測(cè)氡法在本區(qū)采空區(qū)探測(cè)中異常對(duì)應(yīng)較好，探測(cè)結(jié)果一致。通過(guò)以上實(shí)例分析，可以說(shuō)明，將瞬變電磁法與測(cè)氡法兩者結(jié)合應(yīng)用于采空區(qū)探測(cè)中可以取得良好的勘探效果。

[1] 楊建軍，申 燕，劉鴻福.測(cè)氡法和瞬變電磁法在探測(cè)煤礦采空區(qū)的應(yīng)用[J].物探與化探，2008，32(6)：661.

[2] 段鴻杰,唐岱茂,曹為民.測(cè)氡技術(shù)圈定采空區(qū)影響邊界的應(yīng)用[J].華北地質(zhì)礦產(chǎn)雜志，1999，14(1)：71.

[3] 張志強(qiáng).瞬變電磁法在鳳凰山礦采空區(qū)防治水中的應(yīng)用[J].山西焦煤科技，2010(10)：11.

The application of TEM prospecting and activated carbon adopting radon about the exploration of the coalfield goaf

HOU Yun-ying

(GeophysicalandGeochemicalExplorationInstituteofShanxiProvince，Yuncheng044004，China)

This paper introduced the exploration principle of transient electromagnetic method and radon measurement method and its theory response characteristics in gob, through the example analyzed the comprehensive application effect of transient electromagnetic method combined with the active carbon radon measurement method in coalfield gob exploration, pointed out that the two methods in gob detection had anomalies correspond, the detection results were consistent, both used in gob area could get the best effect.

transient electromagnetic, radon measurement, coalfield gob

1009-6825(2014)30-0091-02

2014-08-14

侯云英(1984- )，女，工程師

TD163

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