可控源音頻大地電磁法在采空區探測中的應用

■張健橋　尹維民（山東省物化探勘查院山東濟南250013）

可控源音頻大地電磁法在采空區探測中的應用

■張健橋尹維民
（山東省物化探勘查院山東濟南250013）

可控源音頻大地電磁法作為電磁法的一種，重要特征即為利用人工場源頭進行探測。隨著其技術的發展和不斷完善，成為了煤礦采空區探測中不可或缺的一部分。本研究通過對可控源音頻大地電磁法的深入了解和探究，分析其在采空區探測中的具體應用，以更好地為相關領域研究和實際探測工作提供參考和理論依據。

可控源音頻探測電磁法煤礦勘探采空區

0　前言

CSAMT（可控源音頻大地電磁法）為電磁法的一種，其利用人工場源進行探測。此技術方法的信號較強，具有一定的抗干擾能力，有勘探效率高、深度大、辨識能力強等特征，煤礦勘探工作對其的應用非常廣泛和常見。其在煤礦采空區中的應用是可行的。因此，對此電磁法在煤礦采空區中應用的研究是非常必要的。

1　可控源音頻大地電磁法工作原理

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）應用到探測中，通常利用人工場源進行探測，利用此技術對探測地區的地面加以搜索和分析[1]。由于偶極天線現實中的輻射方向不固定，范圍較廣，具有很多種類，如天波、地面波等等。電磁波存留空中時其波的長度是光速與頻率相比的數值。由此可知電磁波在空中的長度比較長。且其沿著地面運輸時，其波長與地層波長于一個時間點會出現一個平面，導致出現和地面呈90°的波。此時不同波之間相互反應和影響，得出的數值結論即為在地面觀察的位置。

2　采空區物理特征和地質條件

山東A煤礦采空區共有20個礦床，其主要以鐵礦為主，地質形式較為復雜，且背斜方向為S-E和N-E，分布形式并非平衡和對稱。其N-E方向相對另外方向的翼長度短。此地區的主要礦體構造為奧陶石灰、侏羅系層等。其新生地區部分主要在地勢較為平緩的位置，且整體呈E或者E-S狀況彎曲。A煤礦采空區的巖漿巖主要分布在奧陶系底層。此區域地理特征較為顯著，其磁場電性具有較為顯著的差異和不同。且鐵礦周邊及其他礦體電阻率較小，坍塌地區由于水土遭到侵蝕呈現電阻較高的狀態，具有可以探測的條件。

煤礦采空區其主要是缺乏科學有效開采而導致地表層和更深處被破壞，從而發生坍塌區和持力層受到破壞的現象[2]。通常，采空區的坍塌部位主要是由三個部分構成中：第一，冒落帶。此為煤礦區域的踩空上面方向發生的坍塌；第二，彎曲帶。其主要存在裂縫區域直到地表層上，由于其自身存在一定的重量，導致出現形變變彎的現象；第三，裂隙帶。由于坍塌的冒落帶出現使得上部分的巖石出現形變，采空區域出現了很強的拉力和預應力，導致其周邊出現剪應力，導致巖石斷裂，出現巖體坍塌的問題。

3　可控源音頻大地電磁法在采空區中的探測應用

3.1可控源音頻大地電磁法的工作原理

由于CSAMT是一種依附電磁波頻率差異而進行工作的電磁方法，且利用測量各種電磁波計算出其地電參照數值，以深入進行測深。通常對CSAMT的運用主要在＞500米的地表層中進行探測，依照周邊地勢狀況安排和設置不同的測線，當測線方向為橫向時，則可以將不同的電極相連。利用相關的電磁法設備接收不同電極發出的信號，并且計算和測量電磁強度。

3.2探測設備

主要采用德國Metronix生產的CSAMT發射系統設備TXM-22進行探測，此系統主要組成部分為發電設備、發射機器等。利用不同的頻率信號（最大值為15.3×103赫茲，最小值為17赫茲）。所有數值的搜集時間是30分鐘，且不同的測線其方向和電極的兩端連線呈永遠不相交的狀態設置，根據其不同電極的信號和強度不同，利用磁場受到的磁棒與埋線呈90°設置[3]。

3.3野外探測

此次測量總體有9個斷面，因此地區的地勢復雜，且形式繁瑣，利用相同測線的不同測量區點，保持兩個電極的距離為150米左右。發射信號的位置應于收到信號的位置保持500米左右的距離。不同接收信號的位置在電極中間位置。因為探測區域的地勢較為復雜，且地面不夠平坦，為探測增加了難度。利用GPS定位對不同地理區域加以探測，保證覆蓋全面。

探測過程中應保證其供電回路的R值≤50歐姆，埋線的電極利用濃鹽水降低電阻值，提高電流流通量。接受信號過程中，存在不同的強度，應使得接地電阻＜1000歐姆，其離散率＜0.1，最大程度保證接收線平穩，防止出現突變情況。磁棒與電網保持遠距，避免過多影響電網，確保埋線深度＜20厘米。其不同測量點的電阻差異較為明顯，且采空區和檢驗數值相同，可以在電阻異常區域進行鉆孔工作。如圖1為采空區利用CSAMT探測圖。

圖1　采空區CSAMT探測

4　結論

由于采礦時的不合理和科學采集，會出現坍塌和采空區。此地區地形復雜，地勢不平坦，對信號和探測的影響較大。通過利用可控源音頻大地電磁法對煤礦采空區進行探測，利用其磁場強度的不同和電阻差異實現測深，得出科學有效的電阻及相關數值，正確鉆孔，提高探測的工作效率。

[1]梁芳敏，黃志強，任鴻飛，等.瞬變電磁法和音頻大地電磁法在煤下鋁采空區探測中的應用研究[J].礦產勘查，2014，06（11）：914-919.

[2]董澤義，湯吉，周志明，等.可控源音頻大地電磁法在隱伏活動斷裂探測中的應用[J].地震地質，2010，03（12）：442-452.

[3]宋希利，馬慶偉，鹿慶龍，等.可控源音頻大地電磁法在探測地下采空區上的應用探討[J].科技創新導報，2011，09（25）：359-360.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-167-1