電法勘探在查找采空區(qū)積水中的應(yīng)用

馬鵬君

（甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊，甘肅 天水 741002）

在礦山企業(yè)中，解決地質(zhì)問題時，尤其是地下較深的地質(zhì)問題時，一般采用物探方法，電法勘探方法中的瞬變電磁法是最廣泛的應(yīng)用。礦區(qū)中的采空區(qū)時引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要原因，隨著礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開采，造成了大量的采空區(qū)[1]。目前各地礦區(qū)一半以上的采空區(qū)未被經(jīng)過良好的處理，并且部分不規(guī)范開采礦產(chǎn)資源形成的采空區(qū)并沒有具體位置和范圍，存在較大的隱患。針對這一問題，本文開展對電法勘探在查找采空區(qū)積水中的應(yīng)用進行研究。

1 電法勘探在查找采空區(qū)積水中的應(yīng)用

1.1 瞬變電磁法查找采空區(qū)積水整體流程

在對礦區(qū)采空區(qū)積水進行電法勘探時，根據(jù)采空區(qū)的特點選擇不受地形影響、低阻反應(yīng)靈敏、分層較為明顯的瞬變電磁法勘探技術(shù)實行測量，并在得出勘探結(jié)果后，再利用直流電發(fā)勘探技術(shù)對結(jié)果驗證。瞬變電磁法的工作原理是在地表敷設(shè)不接地線框或接地電極，輸入直流電，當回線中電流突然斷開時，在下半空間就要激勵起感應(yīng)渦流以維持斷開電流前已存在的磁場，并且此渦流場隨著時間以等效渦流環(huán)的形式向下傳播、向外擴展，利用不接地線圈、接地電極或地面中心探頭觀測此二次渦流磁場或電場的變化情況，用以研究淺層至中層深層的地電結(jié)構(gòu)，由于是在沒有一次場景的情形下觀測純二次場異常，因而異常更加直接、探測效果明顯、原始數(shù)據(jù)保證度更高。以某礦區(qū)為例，在給該礦區(qū)查找采空區(qū)積水前，首先利用瞬變電磁法勘探技術(shù)，在礦區(qū)地表位置上敷設(shè)接地導(dǎo)線以及接地點及，并向其中輸入階層跳躍電流，當返回導(dǎo)線中的電流出現(xiàn)突然終端時，在下半空間中應(yīng)當激勵出該應(yīng)渦流，從而維持在斷開電流之前已經(jīng)存在的電磁場[2]。在瞬變電磁法勘探中，渦流場會隨著時間的變化，以等效渦流環(huán)的形式向下半空間傳播和擴散。在保證不存在一次場背景的情況下，直接對二次場的異常直接觀察，可以保證觀測到的效果更加明顯，數(shù)據(jù)的保真度更高。再利用直流電法勘探技術(shù)通過在礦區(qū)內(nèi)人為的建造電場，觀測被研究礦區(qū)內(nèi)，地下電流層中的電阻率變化情況。由于礦區(qū)地下巖層、地下水以及地質(zhì)構(gòu)造的不同分布特征會對電場的電性變化規(guī)律造成一定的影響，因此采用這種方法可以準確的探測到礦區(qū)內(nèi)是否存在采空區(qū)積水現(xiàn)象。同時利用直流電法勘探技術(shù)探測到在不同深度地層中的電阻率，可以有效的驗證瞬變電磁法勘探對采空區(qū)積水的探測成果。因此，在完成瞬變電磁法勘探后，再將其觀測結(jié)果與直流電法勘探技術(shù)進行比對，最終得到的觀測數(shù)據(jù)將更加準確。

1.2 施工參數(shù)的選擇

瞬變電磁法勘探所需要的設(shè)備為瞬變電磁勘探測量系統(tǒng)，為了使電法勘探在查找采空區(qū)積水時達到實現(xiàn)的預(yù)期，在施工前首先要在礦區(qū)內(nèi)對各項參數(shù)進行選擇。針對礦區(qū)總面積在2km2以上的礦區(qū)應(yīng)選用邊長為150m，覆蓋面積為150m×150m的發(fā)射線框，發(fā)射頻率設(shè)置在10Hz～20Hz范圍內(nèi)，供電電流不得小于15A，延時時長控制在210μs以內(nèi)。直流電法勘探技術(shù)所需的設(shè)備為多功能直流激電設(shè)備，該設(shè)備主要用于探尋礦區(qū)范圍內(nèi)的金屬礦床以及非金屬礦床、地下水、能源資源等。直流電法勘探積水的電性參數(shù)可通過已知的鉆孔地段進行孔旁測試獲得，表1為礦區(qū)地層的電性特征。

表1 礦區(qū)地層的電性特征

根據(jù)上述地層電性特征得出，正常礦層賦存狀態(tài)下的電阻率通常大于30Ωm,采空區(qū)積水的電阻率在20Ωm～30Ωm之間。同時在勘探過程中應(yīng)保證礦區(qū)內(nèi)部設(shè)置勘探線為50條，坐標點為2500個以上，監(jiān)測點為100個左右，完成對礦區(qū)采空區(qū)積水的查找。

1.3 采空區(qū)積水勘探數(shù)據(jù)處理

圖1 某礦區(qū)勘探結(jié)果示意圖

完成勘探后，在對采空區(qū)積水勘探結(jié)果數(shù)據(jù)進行反演前，首先要利用礦山相關(guān)的預(yù)處理軟件對各個數(shù)據(jù)進行整理和預(yù)處理，檢測勘探數(shù)據(jù)的質(zhì)量，過濾不合格的數(shù)據(jù)，并將保留的數(shù)據(jù)再次編錄。其次，以濾除或壓制的方式消除干擾勘探數(shù)據(jù)的噪聲，建立平滑曲線。再利用反演軟件對平滑曲線及數(shù)據(jù)進行反演，得到反演后的電阻率以及視高程等參數(shù)信息，根據(jù)測量結(jié)果、礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及鉆探等信息對反演的電阻率進行深度校正。最后，繪制出視電阻率的斷面截圖、順層視電阻率的切面圖。圖1為某礦區(qū)勘探結(jié)果示意圖。

由圖1可以看出，根據(jù)對原始的數(shù)據(jù)記錄、地面調(diào)查、地質(zhì)資料等，對該礦區(qū)的采空區(qū)異常情況進行劃分和圈定，該礦區(qū)共5處異常區(qū)域，分別為S1-S5。異常區(qū)域S1位于礦區(qū)北部、S2位于礦區(qū)中部、S3位于礦區(qū)中西部、S4位于礦山東南部、S5位于礦山南部。通過電法勘探得出，S5區(qū)域受到高壓線的影響可靠性較差，因此說明S5區(qū)域存在采空區(qū)積水現(xiàn)象。

2 結(jié)語

本文針對電法勘探在查找采空區(qū)積水中的應(yīng)用進行了研究，并在研究過程中發(fā)現(xiàn)利用瞬變電磁法勘探技術(shù)得到的勘探結(jié)果存在多解性，其主要原因是由于礦區(qū)外界環(huán)境因素造成的影響，因此無法精準的對礦區(qū)中的采空區(qū)及積水區(qū)進行劃分，但利用直流電法勘探技術(shù)可以有效的驗證瞬變電磁法勘探的結(jié)果，并進一步細化。因此在礦山企業(yè)實際查找采空區(qū)積水時應(yīng)當結(jié)合多種不同的電法勘探技術(shù)，實現(xiàn)精準的勘探。