三維地震結合瞬變電磁在石灰巖地區的應用

董 戈，高國強，劉 明，朱光強，鄧 偉

(宜賓芙蓉地質勘測設計有限公司，四川成都610500)

0 引言

在煤礦日常生產過程中，水患是煤礦安全生產的嚴重威脅，尤其是在石灰巖地區。在巖溶發育地區，礦井在進行穿層掘進時，極易揭穿溶洞或暗河，造成突水事故。因此，在石灰巖地區對巖溶分布進行地球物理探測可以有效保證礦井的安全生產，其中瞬變電磁法在巖溶地區含富水區域、三維地震對巖溶發育探測均有較好的效果，本次使用V8 多功能電法工作站與sercel428 ×1 地震儀對廣安某煤礦巖溶發育及含水性進行探測。

1 探測區地球物理特征

礦區位于華鎣山中段腹部，山脈走向與龍王洞背斜軸走向基本一致，呈北北東向展布。礦區地勢東高西低，南高北低;東部山脈海拔標高+1 000 m 以上，區內最高點位于四方山，海拔標高+1 138.33 m;最低點位于團魚庵，海拔標高+415 m，相對高差723.33 m。山脊東坡較陡，坡角為20 ～30°;西坡較緩，坡角為10 ～20°。東西山坡主要由飛仙關組和嘉陵江組的地層組成，構成順向坡。近于東西向的橫切沖溝較發育。區內發育溶溝、溶槽、漏斗、落水洞、溶洞、巖溶洼地等形態各異的巖溶地貌景觀，屬構造－侵蝕、溶蝕中低山地貌。

1.1 地層電性特征

根據鄰區地球物理測井資料統計，區內地層以灰巖、白云巖和煤層為主，其中灰巖電阻率最高電阻率值在100 ～10 000，由于灰巖的巖溶極其發育，當溶洞、裂隙充水時表現為低阻，當溶洞、裂隙無水時，表現為高阻。且由于采掘工作的影響，是地層擾動裂隙發育，出現電阻率高低不均勻變化的特征。通過這個特征，可以利用瞬變電磁法勘探，判別電阻率的差異來解釋出巖溶的范圍。

1.2 地震地質條件

礦區位處龍王洞背斜北段的南端，井田內龍王洞背斜南北向山脊突起，東西兩側低下，山脊脊部較寬緩，一般標高1000 m以上，最高點標高1 138.33 m，山脊兩側槽谷地帶，標高500 ～600 m，最低標高320.00 m，相對高差818.33 m，屬溶蝕構造中切割中低山地貌。起伏很大的地形給野外施工帶來了很大的困難，復雜的地表結構對地震波的激發和接收十分不利。

區內淺層大部分為二疊系上統和三疊系下統的灰巖、泥質灰巖，灰巖出露使地震炮井成孔困難。另外，松散的碎石層對地震波能量衰減極為強烈。

2 探測儀器及野外工作方法

2.1 探測儀器

本次探測使用8 多功能電法工作站與sercel428 ×1 地震儀同時對礦井回風井區域進行探測，使用sercel428 ×1 地震儀確定巖溶分布情況，使用V8 多功能電法工作站確定巖溶的含富水情況。

2.2 野外工作方法

2.2.1 瞬變電磁

本次瞬變電磁勘查以40 ×20 的網度布置瞬變電磁測點。

共布置測線12 條測585 個點。本次主要參數如下:發射線框:360 ×360 m;接收線框:100 m2天線;發射電流:10 A;工作頻率:5/25 Hz;施工中采用加拿大鳳凰公司生產的V8 工作站采集系統進行施工采集工作。

2.2.2 sercel428 ×1 地震

測區共布置東西方向線束4 束，接收線20 條，炮線32 條。線束布置原則為垂直或基本垂直主要構造線方向，沿東西方向布置，點號為西小東大，線號為南小北大。接收線束自南向北統一編號，激發點、接收點自西向東統一編號。采用規則八線八炮束狀觀測系統，施工中以線束為單位進行，端點放炮，單邊接收，每束線與上一束線重合4 條線接收。

完成三維勘探線束4 束;接收線20 條，線長37.00 km，測點 3 720 個;激發線 32 條，炮線長 12.4 km，測點 640 個;總長49.4 km;試驗點、試驗線測點687 個，復測檢波點、炮點80 個，總測點數5 127 個;測量施工面積為1.406 km2。

3 成果對比

在本次工作中，三維地震的工區與瞬變電磁的工區有部分重疊，詳見工區布置示意圖(圖1)。

圖1 工作區示意圖

3.1 瞬變電磁

圖2 是礦井+600m 水平切面，600 標高受礦井巷道影響和已經揭露的3#、4#、7#暗河和5#、6#溶洞還有幾個小溶洞影響，整個水平都呈現出較高阻，說明巖溶非常發育，對于詳細解釋見圖2。通過水平切片和前面的12 條剖面分析大致可以畫出相鄰礦井的實際開采邊界，如圖上的紅色曲線。

3.2 三維地震

圖3 是偏移數據體層拉平切片，從圖中可以看到在層拉平切片上振幅能量明顯發生變化:與已知的5#、6#溶洞對比，白色振幅能量弱的位置就是溶洞顯示，根據反映的溶洞位置用于檢查在垂直時間剖面上的解釋成果。

根據兩種地球物理勘探方法最終得到的成果圖來看，兩種方法均探測到已知溶洞，同時，在礦井未掘進區域發現有新的溶洞發育，且在平面上位置相近。

圖2 瞬變電磁法+600 m 標高水平切面圖

圖3 三維地震水平切面圖

4 結語

本次物探是川內首次采用瞬變電磁結合三維地震針對石灰巖地區巖溶發育規律進行探測，取得的效果較為理想。三維地震針對溶洞、斷層反應敏感，能夠很好地對溶洞的發育情況、斷層的展布情況進行剖析，指導礦井生產;瞬變電磁法主要針對含水區域，能夠有效判定溶洞與斷層的含水性，對礦井在生產過程中避免揭穿含水溶洞及斷層起到了很好的預報作用。

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