高頻電磁測深法在鉬礦采空區探測中的應用

段 磊

（金堆城鉬業股份有限公司，陜西 渭南 714102）

目前，在采空區的地球物理探測方法中，高密度電法和電測深法等直流法一般在平坦的地形區域，受地形復雜的山區等大面積影響的區域具有較高的探測精度。同時，高密度電法具有更高的檢測精度，更淺的檢測深度和更高的地形條件。瞬態電磁法（TEM）是近年來快速發展的采空區檢測方法，檢測精度較高，但地形較為有限，數據解釋要求較高。瞬態電磁法，不僅受地形影響，而且受地表多次反射波的影響。

1 高頻電磁測深法的應用原理

高頻電磁檢測方法是傳統大地電磁檢測方法的變體，它主要使用更高的頻率來達到淺電磁檢測的目的，電磁波在導電介質中的傳播距離與電磁波的頻率有關。電導率成像系統是一種地球物理儀器，是在地表以下幾米到一公里范圍內測量電阻率的先進儀器之一[1]。該系統可以利用自然和人工電磁場信號，特別是當使用更高頻率以實現更高分辨率的電磁檢測時，該系統可以使用自然場和人造場在各種惡劣的地形條件下對電磁場信號進行連續的電導率觀測，通過觀察測量點處的電磁場的正交分量，系統獲得正交時域中的電和磁分量并執行傅立葉變換，計算功率譜并獲得電阻率測深曲線。目前正在一些煤礦采空區進行氦測量，盡管可以檢測到采空區和受影響區域的范圍，但是不可能定量地確定地下采空區的深度。由于大多數金屬礦區的長期發展，已經留下了大量不同大小和不規則形狀的地下采空區，由于各種因素，采空區將會產生大小和形狀的變化，因此，應采用快速且經濟可行的方法來了解采空區的發生情況，確定潛在危險源的位置和范圍，并提供準確的信息，以便采取有效措施，最終消除潛在的危害[2]。確保礦山生產穩定發展具有重要意義。本文介紹了一種快速工程測量的方法，即高頻大地電磁測深。

2 實際檢測過程

勘探區位于河南汝陽鉬礦區。該礦區富含豐富的鉬礦資源，基巖暴露，山谷發育，礦區褶皺相對發育，中部和北部褶皺開放，南部斷層發育，礦區的斷層構造發育，規模不同，礦區外露的巖漿巖主要為安山玢巖、石英巖、板巖、輝綠巖、細粒（斑巖）花崗巖脈及一些變質火山巖，區域探測平臺是基巖區和礫石爆破區。即使平臺位于同一平臺上，基巖也不在同一水平上，區域測試平臺通常較窄，電磁測試受山（低阻）或低平臺（高阻）的影響很大。多年來，礦區和周邊地區發生了私人采礦和無序采礦，留下了大量未經處理的采空區，采空區結構是具有不同尺寸和形狀的多層結構。采空區的異常表現不同，如果它是一個空心物體，它將顯示出高阻力；如果采空區充滿水，則阻力很小；如果采空區坍塌，回填在不同條件下具有不同的電性能。不同之處在于填充浮土時的阻力或含水量小，填充巖石時的阻力大。因此，為了更好地預測采空區，有必要對采空區進行對比分析和評估。采空區瞬變電磁測量儀是重慶奔騰數控技術研究所開發的瞬變電磁系統，將瞬態電磁特性與檢測要求相結合，以選擇大型環路設備，傳輸線框架為200mX200ITI。選擇1匝線圈，電源電流大于20；接收小線圈垂直觀察L幀，選擇4000匝線圈，并選擇4 Hz的工作頻率。在檢測期間，大線圈的電源電流位于線框的左下部，并且每個線框之間的框架彼此平行，使得檢測位置相對均勻。小線圈接收來自大線圈的信號數字，可以看到存在顯著的阻力，這個比例不正常，160英寸，中心深度為1301TI。聯合調查區地勢高，表面植被豐富，含水量大。這是在雨季，因此推測它充滿了水。

采空區在100nn線上，由11751 TI中心高程電阻率輪廓形成的閉環是相對高的電阻率異常，可能是高電阻率巖石礦石或采空區。這項工作使用eh-4電導率成像儀。該儀器是由EMI電磁儀器和幾何儀器開發的STRATAGEMTM電導率成像系統。根據之前的測試，最低工作頻率要求為500Hz，以滿足設計要求。所以這項工作的頻率是兩三個。頻率組操作，頻率范圍500Hz～99kHz。第3行的eh-4電導率成像系統的反演剖面顯示了在50米～80米線附近的兩個不同的低電阻率異常。對應的瞬態電磁反轉曲線，推斷它是具有低電阻的采空區。在1225英寸的中心高度處存在顯著地高阻抗異常。據推測，高電阻率陷阱可以是未填充的采空區或高電阻率巖體。tem和eh-4綜合方法表明，在表面附近存在顯著的低電阻率異常，與表面附近充滿水的采空區的反射一致，與已知數據一致，表明有兩種方法。它具有良好的通信性能，可以相互驗證。通過采空區鉆探，驗證了深低電阻率異常的微觀反演和深部高電阻率異常的eh-4反演。解釋tem和EH one電導率成像系統是互補的，特別是在中央和深部地區。結合這兩種方法，可以更好地評估采空區。

3 采空區探測的特性

在正常情況下，采空區在垂直方向上的坍塌可分為三層：塌陷區和上部鉬礦塌陷。在斷層帶中，沉降區上方的巖體由于彎曲而過度變形，并且在采空區上方產生大的拉應力，并且兩側受到大的剪切應力。因此，巖體中出現大量裂縫，破壞了巖體的完整性。彎曲區域是表面上方的裂縫區域，其通過自重應力而變形并且不再破裂。采空區與其垂直“三帶”和正常地層之間存在明顯的物理差異。最明顯的差異是電導率的差異，這主要表現在兩個方面。首先，鉬礦采空區松散，密度低于整個地層，即每單位體積介質的密度降低。同時，導電性降低并且電阻異常；其次，與完整地層相比，鉬礦采空區斷層帶巖性沒有明顯變化。然而，由于裂縫區中巖石的破裂，巖石中傳播的巖石的電導率惡化并且巖石的電阻率顯著增加。落差高度一般在十米以上，內部充滿松散物質，視電阻率明顯高于周圍介質。斷層帶的高度通常為幾十米，主要是由于采空區坍塌引起的巖石裂縫的發生，巖石的電阻率顯著增加。然而，當采空區充滿更多水時，由于存在水和強導電性，采空區的電阻率顯著降低。可以看出，采空區的視電阻率與周圍巖石的視電阻率明顯不同，這是采空區電探測的物理前提。

4 結語

上述實施例證明tem和eh-4在采空區檢測中是有效的。許多采空區具有低電阻反射，并且tem對低電阻敏感，與其他方法相比，tem具有獨特的優勢，Eh-4電導率成像系統非常高效，減少勘探工作量并降低勘探成本。兩種方法的檢測深度相對較大，可以在中深層采空區的檢測中相互補充和驗證。結合地質數據和隨后的鉆探驗證，改進了采空區評估。準確并降低采空區的風險。