AMT法在煤礦采空區勘探上的應用

摘 要：利用音頻大地電磁法AMT對工作區進行勘探，所測數據經反演后，進而根據電阻率劃分地層和構造，結果清晰顯示了采空區以及斷裂構造的分布情況。

關鍵詞：音頻大地電磁法；采空區；勘探

1 AMT法概述

AMT法是以天然交變電磁場為場源，當交變電磁場以波的形式在地下介質中傳播時，由于電磁感應作用，地面電磁場的觀測值將包含有地下介質電阻率分布的信息。而且，由于電磁場的集膚效應，不同周期的電磁場信號具有不同的穿透深度，因此，研究大地對天然電磁場的頻率響應，可獲得地下不同深度介質電阻率分布的信息。由于它不供電，成本低，工作方便，不受高阻層屏蔽，對低阻層分辨率高，而且勘探深度隨電磁場的頻率而異，淺可以幾十米，深可達數公里。

2 地質概況

勘查區大地構造位置為中朝準地臺（Ⅰ）膠遼臺隆（Ⅱ）太子河～渾江臺陷（Ⅲ）的南部。出露的地層有新生界第四系、侏羅系下統長梁子組、上元古界青白口系釣魚臺組。第四系（Q4）主要由沖、洪積砂、礫石層組成，厚度2～10m。長梁子組是區域主要含煤地層。巖性為灰色、灰綠色中粒石英砂巖、灰色粉砂質頁巖、粉砂巖、灰色粉砂質頁巖與黑色炭質頁巖互層，夾砂巖及煤層，局部見礫巖及含礫石英砂巖。該巖組即為礦區主要含煤巖系，與上覆第四系呈角度不整合接觸，巖層產狀平緩，走向以近東西向為主。釣魚臺組（Qnd）巖性為白色-灰白色石英砂巖。

3 采空區工程地質特征

在煤層埋藏較淺的礦區，由于小煤窯的隨意開采，存在許多不明采空區，這些采空區的存在對煤礦安全生產構成極大威脅，并對地面建筑、地面工程結構物的穩定造成危害。煤礦地下采空區破壞了地層原有的應力平衡，由此引發了采空區塌陷和持力層破壞等工程地質問題。當煤層被采空以后，短期內形成一定規模的充氣空間，造成采空區相應地層的電性與圍巖電性不同，經過一段時間后，采空區上方巖層在重力作用下發生塌陷變形，致使巖層破碎并出現裂縫，地下水便沿破碎巖層和裂縫向采空區匯集并溶解大量的電解質。在水解作用下，巖層中的鈣、鐵離子等呈游離狀態存在。因此充水采空區具有低阻高極化率的電性特征；由于垮落、斷裂及離層現象的存在，圍巖具有電阻率高、低極化率的特征，形變越大、電阻率越高。當斷裂帶不充水時，出現高阻特征，充水時呈現低阻特征，據此可確定采空區的邊界范圍。

4 音頻大地電磁測深法資料處理技術與解釋方法

4.1 數據處理技術

音頻大地電磁測深法的數據處理采用加拿大鳳凰公司V8多功能電法儀配套的系列數據處理軟件SSMT2000及MTEditor來完成，SSMT2000以時間序列文件、標定文件、測點參數文件為輸入，生成傅立葉變換因子，然后從參考點的數據中用robust程序進行再處理，輸出MTPlot軟件可讀的數據處理文件，輸出文件中包含每個頻點的crosspower（一個單頻的疊加因子）。然后用MTEditor程序讀入SSMT2000程序的輸出文件，顯示電阻率、相位曲線、用來計算特定頻率對應的電磁參數的crosspower。該程序還可以查看許多其它的參數，例如傾磁場、道相關因子和極化方向。在MTEditor對電阻率及相位曲線進行數據編輯整理，之后輸出工業標準的EDI及PLT文件。通過MTsoft2D軟件對數據進行各種噪聲的識別，如儀器噪聲、天然電磁噪聲、人文噪聲、地質噪聲（靜態位移、地形影響）以及非平面波引起的曲線畸變等。然后對數據進行處理包括：數據編輯、靜位移校正、地形校正等。本區電性呈現非均勻性，靜態效應較嚴重，對出現的畸變點和靜態位移已進行靜態校正。

4.2 數據解釋方法

數據解釋分三步：定性解釋、定量解釋和綜合地質解釋。數據處理、定性解釋、定量解釋和綜合地質解釋在實際資料解釋過程中是交叉或反復進行的，從而使數據解釋工作逐步深化。

5 成果解釋

12線AMT剖面反演電阻率普遍在50～5000Ω.m之間，剖面大體反映了地層、傾入巖體及構造的分布情況（圖1）。

剖面1000～1300點的高阻異常電阻率在1000～5000Ω.m之間，推測為傾入巖體粗面巖（τ）所引起；1400～1600點低阻異常呈條帶

狀，電阻率在50～500Ω.m，淺部200m深度的低阻異常推測為充水性質的采空區或者含煤地段。中深部異常向南傾斜，推測為含水構造F所引起；剖面1500～1700點淺部中高阻異常呈條帶狀，封閉完整，向北傾斜，推測為采空區；剖面1700～2220點淺表高阻為地表不均勻體所致，深度300～0m處局部低阻異常推測為含煤地段，深部電阻率在1000～3000Ω.m推測為地下侵入巖體所致。

6 結束語

（1）AMT法反演電阻率能較好的劃分地層巖性界面，對采空區的勘探效果明顯，但受反演軟件等限制，結果存在一定的偏差。

（2）AMT法低阻異常對深部構造斷裂的位置、規模、延深、產狀都有較好的顯示。

參考文獻

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