瞬变电磁法在物探采空区中的应用.doc

瞬变电磁法在物探采空区中的应用摘要：根据煤矿采空区积水、构造及陷落柱等不同地质条件，介绍了近年来，运用瞬变电磁法、采区三维地震勘探等综合物探方法探测小窑采空区、陷落柱及构造的导含水情况为煤矿提供了极有价值的水文地质资料在生产中提前采取措施避免了矿井地质灾害和重大经济损失。关键词：物探采空区；三维地震勘探；物探方法；瞬变电磁法abstract: according to the coal goaf water, structure and collapse column and so on the different geological conditions, introduced in recent years, using the transient electromagnetic method of three-dimensional seismic exploration, mining, and other comprehensive geophysical exploration methods detecting small kiln goaf, collapse column of water cut and structure of the situation for coal mine provides valuable hydrogeology information in production in advance take measures to prevent the mine geology disaster and great economic losses.keywords: geophysical exploration goaf; 3 d seismic exploration; geophysical exploration methods; transient electromagnetic method1、综合物探方法1.1瞬变电磁法瞬变电磁法（tem法）属于时间域电磁感应法，其利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲磁场间歇期间利用回线或电偶极接收二次场，该二次场是由地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳电磁场。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、规模规产状等。由于该方法是纯二次场测量，故与普通电法勘探相比，其具有对低阻地质体反映灵纵横向分辨率高，勘探深度大，工作效率高等优势。1.2三维地震三维地震采集是一种面积采集技术，其特点是利用炮点网格和检波点网格的合理组合而获得分布均匀的地下数据点网格及所要求的覆盖次数。其应用目的是为了使地下目标的图像更加清晰、位置预测更加可靠。三维地震勘探把沿测线观测的二维地震方法扩展到三维空间，由深度方向z和构成面积的x、y构成三维空间，通过面积观测技术获得与勘探地质体相适应的三维数据体。与二维地震比较，三维地震勘探有如下特点：第一，数据量大，煤田三维地震勘探可形成一般为10m10m1ms的三维数据体煤田三维地11维数据体，能够沿任意方向抽取剖面和按任意时间（深度）抽取时间剖面或时间切片研究与解决地质问题，三维数据体比较精细地反映了地下地质情况。第二，偏移归位准确，经过三维偏移的三维数据体空间归位正确，使地震与地质的空间对应关系简单化。三维地震勘探能够获得一个三维空间上的数据体。提供剖面的、平面的、立体的地下地质体构造图象，大地提高了地震勘探的精确度，对地下地质构造复杂多变的地区特别有效。三维数据体的信息点的密度可达5m5m，获得信息量丰富，地震剖面分辨率高，地下的古河流、古湖泊、古高山、古喀斯特地貌、断层、陷落柱、采空区等地质现象均可直直接或间接反映出来。2、综合物探应用效果2.1瞬变电磁法近10多年来，瞬变电磁法在煤矿防治水中的应用取得了长足的发展。小窑采空区积水及构造、陷落柱赋水，其电阻率值比围岩的电阻率值明显降低，为瞬变电磁法勘探提供了良好的物性条件。通过利用瞬变电磁法，在探测小窑采空区、构造、陷落柱是否富水，预防煤矿水害方面取得的地质成果得到了矿方开拓资料的验证、认可。2.1.1瞬变电磁法探测陷落柱一般认为，煤田陷落柱的形成与奥灰岩溶裂隙有关，由于岩溶裂隙的发育和扩大，周围地层受重力作用而塌落下沉，因此，陷落柱内部充填物成分复杂，比较松散，正常的地层沉积层序被打乱，陷落柱与煤层的接触边界两侧存在着明显的密度、速度、电性等物性差异。图1是采用瞬变电磁法在某煤矿已知含水陷落柱上测得的试验线断图，做试验线的目的是为了分析解释邻区某工作区域内陷落柱的发育及导、含水情况。图1中实线为主要煤层底板标高，下部点线为奥灰顶面标高，横坐标670750m为陷落柱区域在650740m新生界下部及煤系地层视电阻率等值线出现明显扭曲下降，奥灰地层中也有一定反映，陷落柱的低阻电性特征明显，与已知陷落柱位置、大小及特征吻合。该试验线的电性特征将为相邻工作区域的分析解释提供物性解释依据。图12.1.2瞬变电磁法勘察采空区煤层采空区因岩体垮落破碎，电阻率值明显增大，而当采空区完全充水后，水体不仅充填了采空区，而且也充填了垮落断裂带，因而在岩体破坏区，其电阻率明显降低。据此，通过探测地下岩层的电阻率及其变化，可以判定岩层的结构状态和含水状况。某地进行煤矿整合，需要对周围早期煤矿的开采情况和采空区的分布进行勘察，为了配合资料的分析和处理，进一步指导解释工作，在已知的采空区地段进行瞬变电磁法参数试验。图2所示电性参数试验结果说明采空区的低电性特征在断面图上反映明显。图22.2采区三维地震探测陷落柱一般情况下，煤层与其围岩存在着明显的波阻抗差异，当煤层厚度大于1m时，便可形成良好的煤层反射波。但是，当有陷落柱、煤层采空区及其顶板遭受破坏后，在地震时间剖面上表现出反射波组的中断或消失，同时煤层顶部结构的不规则破坏，也将产生各种低频干扰，这些可作为识别陷落柱、采空区是否存在的标志。某煤矿位于平原中部，区内地势平坦，为巨厚松散层所覆盖，经钻孔揭露，地层由老到新有奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系。含煤地层为石炭、二叠系，可采煤层有32、4、52、61、63、71、72、82、10等9层，其中32、82、10煤层为较稳定煤层。主要的反射波有；对应于新生界底界的反射波t0波；对应于二叠系下某组52煤层的反射波t5波；对应于二叠系下某组72煤层的反射波t波；对应于二叠系下某组8煤层的反射波t8波；对应于二叠系下统某组10煤层的反射波t10波。陷落柱柱体由块度大小不一，排列杂乱无章的上覆地层塌陷物充填胶结而成，充填物成分复杂、松散、密度小、速度低，陷落柱附近及顶部围岩多为煤系地层的砂岩、泥岩煤层，其沉积稳定，速度、密度与陷落柱相比，在横向和纵向上都存在明显的差异。三维地震解释成果与矿井和验证孔资料吻合较好经矿方验证陷落柱确实存在为其提供了极有价值的地质资料在生产中提前采取了防治措施避免了巨大的经济损失。2.3断层及其含导水性的直流电法勘察实例某煤矿地质条件十分复杂勘探和矿井资料显示该井田主要含水层有第四系含水层二叠系砂岩含水层石炭系灰岩与奥陶系灰岩含水层若因构造使得砂岩与下伏灰岩水相通其含水量十分丰富。为此采用直流电阻率法对主要边界断层位置及其含导水性进行勘查。一般认为运用电阻率法确定煤系地层中的断层位置及其含水性当断层下盘为灰岩上盘为煤系地层两盘视电阻率差异较大在电性断面上较易识别当断层的上下盘均为煤系地层断层两盘的电阻率差异不大但当有较大断层存在时若断层破碎带含水在电性断面上表现为低电阻率异常若断层破碎带不含水在电性断面上表现为高电阻率异常。根据上述电性特征可以确定断层的位置及其含水性达到完成地质