山西晋城煤业集团煤层气液化工程拟建场地煤矿采空区勘查物探勘测报告.doc

山山西西晋晋城城煤煤业业集集团团煤煤层层气气液液化化工工程程拟拟建建场场 地地 煤煤矿矿采采空空区区勘勘查查物物探探勘勘测测报报告告 山西省第三地质工程勘察院山西省第三地质工程勘察院 二二 OO 九年元月九年元月 目 录 第一章 绪 言 1 一 任务来源 1 二 目的与任务 1 三 技术标准和依据 2 四 以往地质研究程度 错误 未定义书签 错误 未定义书签 五 完成工作量及质量评述 2 第二章 地质环境条件 3 一 自然地理概况 3 二 地形地貌 4 三 地层岩性 4 四 煤层特征 5 五 地质构造与地震 5 六 水文地质条件 6 七 主采煤层顶底板工程地质特征 7 第三章 工程物探 8 一 工作方法及工作原理 8 二 地面测线布设 11 三 试验工作 12 四 野外数据采集 13 五 资料解释 15 第四章 结论 错误 未定义书签 错误 未定义书签 附表 物探勘测点成果起点 终点座标一览表 附图 山西晋城煤业集团煤层气液化工程 拟建场地煤矿采空区勘查物探勘测 综合成果图 1 1000 1 第一章 绪 言 一 任务来源 本工程项目主要包括煤层气的预处理装置 液化装置 配套的附属设施以及 LNG 储存 2 座 6500m3常压贮槽 和外运装置 设有 8 个对外的 LNG 槽车充装车 位 日处理煤层气量为 100 万 Nm3 d LNG 产量为 24 104t a 含气态气 99 8 104Nm3 d 拟建场区平面形态近似梯形 南北长 300 320 m 东西宽 200 280m2 总占 地面积 79280m2 合 119 亩 建筑物占地面积 15518m2 建筑面积 11184m2 整个场 区划分为工艺装置区 储运区 生产辅助区 生活区 变配电区等 5 个区 其中工 艺装置区位于场区北部 由原料气压缩机房 丙烷及制冷剂压缩机房 预处理液化 装置区 制氮系统 空压机房 导热油系统 门卫及阀门间 放散管组成 储罐区 位于场区中部 由 LNG 储罐 LNG 充装合 地磅组成 生产辅助区共位于场区西 侧中南部 由生产辅助用房 消防水池及循环水池 冷却水塔 导热油系统组成 生活办公区位于场区东南 由综合楼 门卫组成 变配电区由主要为总变配电室 该煤层气液化工程总投资估算值为 95655 万元 经现场调查了解 场区下伏山西组 3 太原组 9 煤层和 15 煤层为可采煤层 位于朝天宫村南王台铺煤矿矿界内 王台铺煤矿曾经开采过场区下伏山西组 3 煤层 拟建场区一带 3 煤层于 20 世纪 70 80 年代已大部采空 9 煤层及 15 煤层未被采 动 目前 场区因地下 3 煤层采空造成的地面变形尚未稳定 工程建设前必须进行 地基处理 另外由于当地 3 煤层埋藏浅 该地区对于 3 煤层的古采煤井口也较多 因此采空区状况较为复杂 煤矿采空范围不详 不明情况的煤矿采空区对拟建工程 会构成严重危胁 因此 业主委托我单位采用地面物探工作查明拟建场区的煤矿采 空情况 为下步进行采空区治理设计提供可靠依据 二 目的与任务 本次物探工作的主要目的是探测工作区内的 3 煤采空区的分布范围 为煤矿采 空区治理工程设计提供依据 其主要任务是 用瞬变电磁和天然电场选频法探测采空区破坏范围 查明工作区范围内的采 空区分布 埋深等情况 2 三 技术标准和依据 一一 技术标准技术标准 本次物探工作执行和参照执行的技术标准主要有 1 地面瞬变电磁法技术规程 DZ T0073 93 2 水利水电工程物探规范 DL5010 92 3 直流电法工作规范 原地矿部编 二二 技术依据技术依据 本次工作参考的技术资料主要有 1 拟建场区地形以及规划图 2 收集到的周边煤矿采掘工程平面图 井上下对照图 四 完成工作量及质量评述 本次物探工作从 2008 年 12 月 20 日 2009 年元月 5 日进行了野外地面物探测 试工作 随后进行了资料汇总 综合分析及报告编制工作 2009 年元月下旬提交了 报告初稿 本次地面物探野外测试完成瞬变电磁勘测剖面 17 条 剖面总长度 4860m 503 个物理点 完成天然电场选频勘测剖面 17 条 剖面总长度 4860m 503 个物理点 在综合分析研究的基础上完成报告和图文编制 提交文字报告 1 份 附图 1 张 诚实守信 严格标准 科技增效 终身负责 是我院的质量方针 本次工作 除按国家现行的技术标准要求和法律 法规执行外 还严格遵照我院质量管理体系 文件所规定的工程物探工作程序和作业指导书 对工作质量逐层把关 满足设计及 有关规程规范要求 达到了预期目的 3 第二章 地质环境条件 一 自然地理概况 一一 位置交通位置交通 晋城煤业集团煤层气液化工程拟建场区位于山西省晋城市城区北石店镇境内的 王台铺煤矿井田范围内 东距太洛公路 65m 西邻王台铺煤矿铁路专用线 北邻朝 天宫村 南依嘉陵公路 距晋城市市区约 15km 地理位置 东经 112 53 37 112 53 50 北纬 35 34 07 35 34 19 拟建场区东侧有太焦 铁路 长晋高速公路通过 交通十分便利 见下图 测 图 2 1 交通位置图 1 铁路 2 高速公路 3 测区 4 县 乡公路 5 县界 6 县城 7 乡 镇 1 市 县 乡 镇 2 高速公路 3 公路 4 铁路 5 水系 6 市 县 界 槐树槐树 4 线 7 省界 8 测区 二二 气象水文气象水文 1 气象 晋城市属温暖带大陆性季风气候 四季分明 气候温和 年平均气温 7 9 11 7 一月平均气温 4 7 七月平均气温 19 25 极端最低气温 24 极端最高气温 40 2 年平均降水量 650mm 最大年降水量为 1014 4mm 1956 年 最小年降水量为 265 7mm 1997 年 最大日降水量为 176 4mm 1956 年 7 月 30 日 最大时降雨量为 59 2mm 历年来一次最大降水量为 114 2mm 1998 年 8 月 21 日 年无霜期为 141 189 天 年日照时数为 2392 8 2610 6 时 全年主导风向冬季为 西北风 夏季为东南风 最大冻土深度 460mm 2 水文 测区河流属黄河流域沁河水系丹河支流 丹河发源于高平县赵庄北丹株岭 流 经高平 晋城 在河南省沁阳县北今村汇入沁河 总长 120km 流域面积 3620km2 丹河从评估区西部约 5km 处经过 对测区影响小 测区内无地表水系 降水向东南汇入丹河 二 地形地貌 测区地貌属黄土丘陵区 现地形经过人为改造 总体地形为东北高 西南低 最高点位于北部边界 标高 813 5m 最低点位于西部 标高 793 2m 最大相对高 差 20 3m 三 地层岩性 测区出露的地层为第四系统中更新统 下伏二叠系下统下石盒子组 山西组 石炭系上统太原组 中统本溪组及奥陶系中统峰峰组地层 现结合区域资料与钻探 资料 地层由老至新分述如下 1 奥陶系中统峰峰组 O2f 以深灰色坚硬致密的厚层状石灰岩及角砾状泥灰岩为主 胶结良好 夹薄层泥 质灰岩 厚 46 46 104 063m 平均 71m 左右 2 石炭系中统本溪组 C2b 以灰白色铝土质泥岩为主 厚度大的区域夹薄层砂质泥岩及细粒砂岩 为一套 以泥岩为主的泻湖海湾相沉积 底部为山西式铁矿 厚 1 64 26 15m 平均 8 62m 与下伏峰峰组呈平行不整合接触 3 石炭系上统太原组 C3t 5 为测区主要含煤地层之一 由深灰色 灰黑色泥岩 砂质泥岩 砂岩 石灰岩 煤层等组成 呈海陆交替相沉积 旋回明显 含煤一般 5 8 层 有时达 10 层 煤 层总厚约 5 5m 含煤系数 7 可采 2 层 9 15 号 夹有 4 6 层浅海相灰岩 9 号煤层厚度 0 50 2 72m 平均 1 43m 埋深 85 0 115 0m 平均 100m 上距 3 号 煤层约 55m 15 号煤层厚 0 80 5 27m 平均 2 5m 埋深 115 0 145 0m 平均 130m 上距 9 号煤层约 30m 本组厚 58 78 91 15m 平均 81m 左右 底部以砂岩 与本溪组呈整合接触 9 15 号煤测区内未开采 4 二叠系下统山西组 P1s 为测区另一主要含煤地层 由灰色 深灰色砂岩 灰黑色泥岩 砂质泥岩 煤 层等组成 由下而上为过渡相至陆相沉积 砂岩多为中细粒 石英含量较多 砂质 泥岩层理发育 含植物化石 一般含煤 3 5 层 多发育在中下部 其中 3 号煤为 稳定可采煤层 煤层厚度 4 83 7 46m 平均 6 30m 夹矸厚度 0 05 0 7m 埋深 33 0 57 0m 平均 45m 本组厚 37 20 77 34m 平均 53m 左右 底部以一层灰白 色中细粒砂岩与太原组呈整合接触 测区内 3 号煤已枯竭 5 二叠系下统下石盒子组 P1x 由灰色 灰绿色砂岩 砂质泥岩 泥岩 铝土质泥岩组成 局部夹 1 2 层煤 线及铁锰质结核 顶部为含铝质泥岩 富含鲕粒 俗称 桃花泥岩 层位稳定 分布广泛 是良好的标志层 本组厚 44 09 72 56m 平均 59m 左右 底部以灰 深灰色细 中粒长石石英杂砂岩与山西组呈整合接触 测区北部有其下部地层下伏 中南部遭剥蚀 6 第四系 Q4 区内广泛出露 仅有中更新统 Q2 岩性为棕黄 黄褐色粉质粘土 粘土 含钙质结核 厚 3 15m 四 煤层特征 1 含煤性 区内含煤地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组 地层总厚 137 87m 含煤 14 16 层 煤层总厚 12 88m 含煤系数为 9 28 其中太原组平均 厚 90 36m 含煤 11 层 分别为 5 15 煤层 15 煤层为结构简单 全区稳定可采煤 层 9 煤层为结构简单 较稳定 局部可采煤层 其他煤层为不稳定 不可采煤层 煤层平均总厚 6 48m 含煤系数为 7 17 山西组平均厚 47 58m 含煤 4 层 分别 为 1 4 煤层 煤层平均总厚为 6 40m 含煤系数 13 66 可采煤层 3 层 3 煤层 为稳定可采煤层 厚 4 20 7 89m 平均厚 5 97m 可采含煤系数为 7 48 6 2 主要可采煤层 测区内的可采煤层为 3 9 和 15 煤层 各煤层特征如下 1 3 煤层 位于山西组下部 是目前勘查区周边煤矿开采的主要目的层 区内 3 煤层上距 K8砂岩平均 30m 左右 下距 K7砂岩 8m 左右 下距 9 煤层平均 50m 左右 煤层厚 度为 4 20 7 89m 平均厚 5 97m 煤层厚度及层位稳定 属稳定煤层 煤层直接顶 板为黑色泥岩或粉砂质泥岩 老顶为细粒岩屑石英砂岩 底板为泥岩或粉砂质泥岩 煤层结构简单 含 1 2 层夹矸 厚 0 02 0 33m 3 煤层含硫低 俗称 香煤 区内 3 煤层埋深达 50 60m 测区及周边的煤矿均开采 3 煤 因此 3 煤是否被采空 是本次勘查的重点 2 9 煤层 位于太原组三段下部 煤层厚度 0 28 1 36m 为局部可采煤层 煤层直接顶板 为灰 黑色泥岩 底板变为灰黑色泥岩 煤层结构比较简单 一般不含夹矸 层位 比较稳定 区内 9 煤层目前未采动 本次工作不做评价 3 15 煤层 位于太原组一段顶部 厚 2 33 4 79m 平均厚 3 66m 全区稳定可采 煤层直 接顶板和老顶为 K2灰岩 煤层顶部有 0 05 0 50m 泥岩伪顶 底板多为深灰色泥岩 少数为粉砂质泥岩或含黄铁矿泥岩 煤层结构简单 含 2 4 层夹矸 厚 0 02 0 76m 15 煤层上距 9 煤层 36m 左右 上距 3 煤层 85 90m 左右 15 煤层 含硫较高 俗称 臭煤 区内 15 煤层目前未采动 本次工作不做评价 五 地质构造与地震 1 地质构造 测区构造形态为走向 NE 倾向 NW 倾角 3 5 的单斜构造 断裂不发育 地质构造条件简单 2 地震 根据 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 图 A 测区的地震动峰值加 速度为 0 05g 对应的地震基本烈度为 度 评估区区域地壳稳定性较好 六 水文地质条件 根据含水层岩性的不同 区内含水岩组可分为碳酸盐岩类岩溶含水岩组 碎屑 岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组和碎屑岩类裂隙含水岩组三类 现分述如下 1 碎屑岩类裂隙水 含水岩组主要为二叠系上 下石盒子组和二叠系山西组砂页岩 含水层总厚度 7 20 余 m 以 K3 K6砂岩为主 富水性差 单位涌水量 0 00012 0 0221L s m 渗 透系数为 0 0004 0 354m d 受多年矿坑排水影响 此类地下水呈半疏干 疏干状 态 2 碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶水 含水岩组主要为石炭系太原组砂页岩夹灰岩 含水层一般为灰岩 总厚度 25m 左右 下伏本溪组铝土页岩等构成区域相对隔水层 该类地下水富水性极不均匀 灰岩中构造裂隙及风化裂隙发育的地方富水性中等且具承压性 一般单位涌水量在 0 00006 0 11L s m 说明岩溶裂隙发育的不均一性 灰岩渗透系数一般为 0 0013 0 671m d 3 碳酸盐岩类岩溶水 本区包括奥陶系中统和寒武系中统两个含水岩组 奥陶系中统含水岩组为本区 岩溶水的最主要含水层 岩溶水的富水性与岩溶发育程度基本一致 岩溶发育程度很高 在该区河岸有 3 4 层岩溶发育带 其富水程度中等 单孔出水量一般 20 5000m3 d 在大面积 碎屑岩覆盖区 含水岩组埋藏深 岩溶地下水位埋深大于 岩溶不发育 富水性弱 七 主采煤层顶底板工程地质特征 根据周边煤矿开采情况 3 煤层顶板为黑色粉质泥岩或泥岩 有炭质泥岩伪顶 顶板较稳定 未发现冒落现象 底板为泥岩 砂质泥岩 较稳定 易发生底鼓现象 据王台勘探区岩石力学资料 3 煤层顶板泥岩极限抗压强度为 34 7kg cm2 粉砂岩 极限抗压强度为 48 3kg cm2 均属半坚硬岩石 8 第三章 工程物探 为了基本查明工作区范围内采煤形成 3 号煤的采空区的大致分布情况 本次工 程物探勘测是在地面调查及充分收集利用工作区范围周边煤矿的采掘资料 地质资 料基础上展开的 根据已有资料 结合实际地质情况在该区投入了瞬变电磁法和天 然电场选频法两种物探方法 2008 年 12 月 20 日 2009 年元月 5 日进行了野外数据采集工作 历时 15 天顺 利的完成了野外地面勘测工作然后转入室内资料整理 一 工作方法及工作原理 一一 瞬变电磁法瞬变电磁法 1 工作原理 瞬变电磁法 TEM 是近几年发展起来的一种新方法 新技术 其工作方法是利 用不接地回线向地下发送脉冲式一次电磁场 用线圈观测由该脉冲电磁场感应的地 下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布 二次场的大小与地质体的电性有关 低阻地质体感应二次场衰减速度较慢 二次场电压较大 高阻地质体感应二次场衰 减速度较快 二次场电压较小 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 性质 规模和产状等 从而解决采空区等地质问题 2 仪器设备 选用重庆大学与重庆奔腾数控技术研究所采用加拿大技术研制生产的 WTEM 1Q GPS 瞬变电磁仪及 WTEM 1D 型 10kW 大功率发射机 该仪器采用掌 上电脑显示 蓝牙无线控制 菜单提示 抗干扰能力强 性能稳定 状态良好 确 保了外业数据采集的质量 3 WTEM 1Q GPS 系统主要技术指标 A 接收机部分 通道数 1 道 前放增益 8 32 倍 主放增益 1 2 4 8 16 32 64 128 倍 通频带 0 50KHz 线性相位滤波器 全通为 0 400KHz 工频压制 80dB A D 位数 16 位 最小采样间隔 1 s 9 测道数 50 道 叠加次数 1 9999 次 同步方式 电缆同步 GPS 同步 电源 内置 12V 充电电池 也可外接 工作时间 10 小时 掌上电脑 Pocket PC2003 系统 64MB Flash ROM 64MB SDRAM 64MB 的 CF 卡 可存储不低于 10 万个测点的数据 蓝牙 红外串口 B 发射机部分 发射电源电压 直流 12V 200V 发射频率范围 0 0625 32Hz 发射波形 一个供电周期由正供电 停供电 负供电 停供电 4 个等宽的节 拍构成 发射电流 50A 电流测量 在断电前测量供电电流 量程为 0 50A 显示分辨率 0 01A 关断延时 160ns 纯阻负载 发射电源电压显示 液晶显示 单位为 V 显示分辨率 0 1V 液晶显示 发射电流 A 关断时间 s 内部温度 内部电池电压 V LED 指示 电源接通 正供电 负供电 过流 过热 内部电池欠压 数据存储 可按设定的时间间隔 1 30 分钟 将月 日 时 分 发射电流 关断时间等数据存入带有掉电保护功能的存储器中 可存储 800 个数据点 RS 232 标准串口 可将存储的数据传到计算机中供后期处理用 内部工作电源 12V 充电电池 工作温度 10 50 储存温度 20 70 4 方法技术 测区采空区勘测最大深度一般约 100 米 据此 结合瞬变电磁法特点 经现场 试验 选取同点回线源装置进行工作 供电线框为 50m 50m 接收线框为 50m 50m 发射基频为 4 或 16Hz 分 31 道采集数据 发射电流 25A 左右 记录 各道归一后的二次场电压参数 为消除高压线等其它人为电磁干扰 叠加次数选为 120 次 并作了详细记录 对单点异常都进行了复测 排除 确保野外数据第一手 资料 二二 天然电场选频法天然电场选频法 1 工作方法 本次天然电场选频法测试选用的仪器为郑州地校科研成果 TR 2 型天然电场选 频仪 其工作方法如下 10 天然电场选频法的野外工作 主要用于剖面测量 由于仪器轻便 操作员可以 将仪器挂在胸前兼跑 M 极 另一人跑 N 极 一人记录兼点草图 同一剖面线上电 极距应固定不变 连接两电极间的电磁线既作为测量导线 又丈量测点距离 同步 进行 本次测量采用剖面观测法 如图 3 1 所示 该方法是 MN 测量电极依一定的电极距 点距 沿测线同时移动 测量 MN 之间的电位差 V 记录点位于 MN 中点 测线应尽量沿垂直勘探目标的走向布置 为 便于资料对比分析 各测线力求平行布置 观测 频率选择一致 图 3 1 剖面观测示意图 TR 2 型仪器的主要技术指标 a 频点及频宽 频率范围 15 7 2520Hz 共 10 个频点 对应关系见表 3 1 表 3 1 对 应 关 系 表 档次0123456789 频率 Hz15 723 671 812921332064098014502520 b 仪器测量范围 0 100mV 分 7 个档 0 1mV 0 3mV 1mV 3mV 10mV 30mV 和 100mV 用表头读数 c 读数分辨率 1 V d 输入阻抗 大于 4 M e 工作温度 20 50 f 仪器电源 9V 6 节 6F22 型电池 功耗约 130mW 2 仪器原理 根据天然电场的测量原理 使仪器体积小 重量轻 抗干扰 满足野外快速普 查的要求 接收机仅测量水平电场分量 Ex或 Ey 由两个距离为 5m 10m 或 20m 的 MN 电极 将水平电场信号接收下来 经低噪声前置放大器 I 图 3 2 和前置放大 器 作宽带放大后 进入测程控制 衰减 和 50Hz 滤波器 滤波后的信号送入选频网 络得到设定频率的信号 其它信号加以抑制和衰减 选频放大后的信号经末级放大 后进入精密检波器和有源滤波器 将各频点接收的正弦交流信号整流 滤波为直流 信号 由表头直接读出所测 MN 之间的电位差值 通过变换频率选择开关位置 即 可得到同一测点上不同频率的电位差值 天然电场选频法使用的前提是目标物与围岩须有较为明显的电性差异 对于采 空区的勘探 其目标物为地下局部因矿体被采出后形成的空间 空洞 由于地层 矿 11 层 介质的缺失 形成与周围岩体较大的电性特征 若空洞未充水或无冒落 V 呈 现高阻 若空洞冒落 细颗粒物质及地下水充填以后 呈低阻特征 因此 可以通 过测量某一频点的 V 异常来确定煤矿采空区的位置和范围 图 3 2 接收机原理方框图 二 地面测线布设 一一 测线布设原则与测线布设测线布设原则与测线布设 本次测线布 2 耀原则是 根据工作区周边收集的煤矿采掘工程平面图 结合地 面建筑物的分布和地形条件进行布设 测线布设时线距为 20m 剖面长度以南北向控制整个场区为宜 共计 17 条剖面 长度不等 瞬变电磁测点距 10 米 天然电场选频法测点距 10 米 两种测试手段进 行重合布设 以达到相互复合印证 详见附图 二二 测地工作测地工作 1 概况 测量工作主要是为物探瞬变电磁地面测试测布设测网及剖面 剖面点距为 10m 2 作业依据 1 全球定位系统 GPS 测量规范 GB T 18314 2001 2 物化探工程测量规范 DZ T 0153 95 3 地质矿产勘查测量规范 GB T 18341 2001 4 本技术设计书 3 座标系统 本测区采用 1954 年北京坐标系 3 度带投影 中央子午线经度 111 度 高程 采用 1956 年黄海高程系 4 主要技术方法 1 控制点 测区的国家控制点成果 埋设标志保存完好 作为本次测量的基准点使用 12 2 测网布测 测网布测采用中海达测绘仪器公司生产的 V8 GPS 接收机 以载波相位实时差 分 RTK 方法进行 首先根据测线的设计位置以及方位 用 EXCEL 软件 以 25 米点距生成各测点的平面设计坐标 并传入工作手薄 外业以此为依据 采用点放 样模式进行测点放样 外业当实际放样点位与设计坐标差小于 0 1 米时定点 部分 测线穿越村庄 因此 根据实地情况 部分点位进行了偏移 测点点位确定后 打 入木桩固定 并设立明显标志 再采集实际点位三维坐标存储于工作手薄 内业输 出整理 5 质量检查 1 采用 RTK 方法进行放样前 仪器在已知点都进行了校正和检测 其检 测结果都小于 5cm 符合要求 2 测点检测 测点放样后 基准站架设在不同的控制点上进行了抽样检 测 剖面测量检查 150 个 检测率 29 8 点位测量中误差 Ms 0 106 米 高程 测量中误差 Mh 0 218 米 检查误差符合本次工作要求 三三 完成工作量完成工作量 本次勘测共布设测线 17 条 有效物理测点 1006 个 其中瞬变电磁点 503 个 天然电场选频点 503 个 具体完成工作量如下 瞬变电磁 剖面线 17 条共 503 个物理点 干扰监测点 12 个 重复观测点 10 个 系统检查点 28 个 瞬变电磁法测点共计 553 个 天然电场选频 剖面线 17 条共 503 个测点 检查剖面 剖面线 1 条共 20 个测点 天然电场选频法测点共计 523 个 三 试验工作 试验工作的主要目的是了解勘查区的地电条件 施工条件 干扰背景以及煤层 采空区的地球物理特征等 通过分析试验工作的有效性 以便选择最佳工作方法和 装置形式 对瞬变电磁法和天然电场选频法勘测都进行了试验 一一 瞬变电磁法试验分析瞬变电磁法试验分析 本次瞬变电磁法工作使用的仪器为 WTEM 1Q GPS 瞬变电磁接收机及 WTEM ID 型 10kW 大功率发射机 采用同点回线源装置 供电线框为 13 50m 50m 接收线框为 50m 50m 技术参数的选择 发射频率 4Hz 和 16Hz 1 31 取样道 采样间隔 64 s 控制延时 2 0 s 天线延时 0 1 s 通道延时 71 2 s 关断时间 57 0 s 供电电流 25 27A 叠加次数 120 次 二二 天然电场选频法测试试验分析天然电场选频法测试试验分析 由试验结果知 在未采空区段上方 V 值变化平稳 基本在 0 1 0 3mV 左右变 化 而在采空区段上方 V 值较高 V 值介于 0 4 0 6mV 左右 说明天然电场 选频法勘测判断采空与未采空边界效果是显著的 但天然电场选频法判定的采空区 范围比实际略大些 三三 试验结果试验结果 通过上述试验工作可知 所采用的两种地面物探方法在采空区上均有较明显的 异常反映 天然电场选频法反映采空异常区边界与瞬变电磁法反映的采空异常区边 界基本一致 天然电场选频法圈定的采空区范围略大些 瞬变电磁法在采空区上方 测得电压曲线呈现为相对低值 而测得视电阻率值呈现为相对高值 并且呈闭合 半闭合状或视电阻率等值线呈较大幅度的波状起伏 在未采空区上方 测得电压曲 线呈现为相对高值 而测得视电阻率值呈现为相对低值 视电阻率等值线较为平 缓且近似平行展布 采空区和未采空区上测得电压曲线和视电阻率等值线均有较明 显的反映 天然电场选频法在采空区上方测得 V 值较高 呈现为相对高值 在未 采空区上方测得 V 值较低 呈现为相对低值 且相对高值和相对低值在采空区边 界处的界线相对明显 试验结果表明 采空区与未采空区异常特征有明显差异 在 该地投入天然电场选频法和瞬变电磁法探测采空区是行之有效的 通过上述的试验 为本次工作各方法所选择的装置形式 技术参数提供了依据 采空区在多测道电压剖面和视电阻率等值线图上表现为 低电压 高电阻率 的异 常特征 在天然电场选频法 V 异常曲线图上表现为相对高电位差异常 可以作为 下一步资料解释的依据 四 野外数据采集 一一 野外测试野外测试 本次野外物探勘测 采用天然电场选频法和瞬变电磁法剖面重合布设 共布设 了 17 条剖面 瞬变电磁法测点距 10 米 完成测量剖面 17 条 共 503 个物理点 天然电场选频法测点距 10 米 电极距 20m 记录参数 Vs 共完成 503 个物理点 二二 观测质量评述观测质量评述 1 瞬变电磁法 原始资料的验收以及工程质量的评价 严格依照 地面瞬变电磁法技术规程 14 中华人民共和国地质矿产行业标准 DZ T0073 93 的要求进行 对观测质量主要以 系统检查观测来衡量 检查点误差计算公式如下 单个点 第 j 点 各测道的平均相对误差 j n j ji jiji N V VV 1 100 式中 参加统计的测道数 N i 某道数 第 j 观测点第 i 道的原始及检查观测值 jiji VV 及 的平均值 ji V jiji VV 及 全区各检查点总均方相对误差 Mji计算公式为 N M j iji jiji MN V VV ji M 1 1 2 1002 式中 参加统计的测道数 N 为检查点数 M 本次瞬变电磁法共施工检查点 28 个 占全区观测物理点总数的 5 1 其平均 相对误差为 4 08 总均方相对误差为 4 11 依据规程要求质量验收标准 全区 工作质量合格 达到规程规范的质量要求 2 天然电场选频法 观测结果质量检查为原始观测曲线与重复观测曲线进行对 比 经对 16 16 剖面的对比检查 前后两次实测剖面曲线形态基本一致 满足规范要求 另外 天 然电场的信号较弱 本测区范围周边有村庄及多个煤矿 一般情况下 对天然电场 有干扰 因此 对天然电场的异常仅作参考 特别是当天然电场选频法所测得异常与 瞬变电磁测试成果出现差异时 应以瞬变电磁测试成果为准 但是 瞬变电磁成果 也不例外 也同样有部分地段受到强电场的干扰 当资料出现此情况时 要结合地 质和测量成果综合考虑异常结果 三三 资料处理资料处理 1 瞬变电磁法 在野外数据采集期间 现场对数据进行初步处理和解释 室内完成数据综合处 理 成图成像和人机交互解释等任务 室内数据处理是对获取的原始数据进行去伪 存真 误差矫正 均滑处理 趋势分析和成图成像工作 目的在于提高勘测结果的 准确度和精度 使之更趋于实际 15 采用该工作系统 具有以下特点 a 现场自动采集数据 初步处理和绘图 可以提高工作效率 保证数据质量及 时了解野外工作情况 从而指导现场工作 b 室内数据的快速处理 成图成像和人机交互解释 改变了传统工作方式 使 工作水平得到提高 c 经处理 解释得到的信息能与野外工作相互反馈使地质科学与野外工作得到 真正意义的结合 对进一步解决复杂的地质问题有着重要的意义 瞬变电磁数据的处理可分为四部分 原始数据的录入 一次数据处理 包括数据编辑 数据滤波 均滑处理 二次数据处理 包括建立正 反演文件 磁源初步反演 磁源正 反演等 绘制图件 在室内数据处理的基础上 绘制了基本分析图件 瞬变电磁各测线多测道电压 剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 多测道电压剖面图以测点为横坐标 算术坐标 V t I 值为纵坐标 对数坐标 将每个测点的 31 个 V t I 值 按 1 31 道的次序 相应展布在图上 然后将相同 的 V t I 值连成线 即为多测道电压剖面曲线图 由于瞬变电磁二次场随时间的 衰减具有在高阻层衰减快 低阻层衰减慢的特征 故在高阻层采集到的二次场电 压值小 低阻层采集到的二次场电压值大 反映在剖面曲线图上 低值响应部分 为高阻层 高值响应部分为低阻层 视电阻率等值线图以测点 桩号 为横坐标 算术坐标 深度为纵坐标 算术坐标 将各测点不同采样时间经初步反演所得到的 r值 经网格化后成图 视电阻率等 值线图不但能反映剖面上各测点垂直方向电性变化情况 而且还能反映不同深度沿 水平方向电性变化情况 它比多测道剖面图更形象直观 能比较详细和清楚地反映 地下构造特征和各种地质现象 如采空区 陷落柱 断层等 理论上分析 正常的 沉积地层在视电阻率断面图上 等值线基本呈水平层状分布 当有异常体存在时 等值线将发生畸变 呈现各种形态的变化 研究曲线在纵向和横向上电性的变化特 征 以确定异常体的性质 便是本次分析视电阻率等值线图的理论依据 2 天然电场选频法 当天野外工作完成后 把仪器观测数据及时回放到计算机内 从计算机上直接 观测采集数据质量 发现问题及时处理 检查合格的数据存盘备用 运用绘图软件绘制天然电场选频法 V 剖面曲线图 并结合地质 调查资料及井 下测量资料进行初步解释 五 资料解释 16 一一 1 1 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 3 3a 和 3 3b 可以看出 29 33 测点 桩号 280 320m 段 呈现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 剖面其余段 电压曲线平缓 等值线呈现为相对低电阻率 为正常层序显示 根据在已知采空区的瞬变电磁法试验成果 该剖面的 280 320m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 根据在已知采空区的天然电场选频法试验成果 28 34 测点 270 330m 段 V 值基本在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 剖面 其余段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右变化 为未采空显示 图 3 4 图 3 3a 1 1 剖面多测道电压剖面图 图 3 3b 1 1 剖面视电阻率等值线图 17 图 3 4 天然电场选频 1 1 剖面 V异常曲线图 二二 2 2 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 3 5a 和 3 5b 上可以看出 测点 11 16 桩号 100 150m 段 呈现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 剖面其余段 电压曲线平缓 等值线呈现为相对低电阻率 为正常层序显示 根据瞬变电磁法试验成果 该剖面 100 150m 段解释为 采空区 异常 2 天然电场选频法 根据天然电场选频法试验成果 10 15 24 27 测点 90 140m 230 260m 段 V 值基本在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 1 10 15 24 27 35 测点 0 90m 140 230m 260 340m 段 V 值基本 上在 0 1 0 3mV 左右变化 为未采空显示 图 3 6 三三 3 3 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从图 3 7a 和 3 7b 上可以看出 测点 12 14 24 26 桩号 110 130m 230 250m 段 呈现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 测点 1 12 14 24 26 37 桩号 0 110m 130 230m 250 360m 段 电压曲 线平缓 等值线呈现为相对低电阻率 为正常层序显示 根据瞬变电磁法试验成果 剖面的 110 130m 230 250m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 根据天然电场选频法试验成果 11 16 22 28 测点 100 150m 210 270m 18 段 V 值基本在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 1 11 16 22 28 37 测点 0 100m 150 210m 270 360m 段 V 值基本 在 0 1 0 3mV 左右变化 为未采空显示 图 3 8 四四 4 4 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从图 3 9a 和 3 9b 上可以看出 测点 4 21 桩号 30 200m 段 呈现 低电 压 高电阻率 的 采空区异常 显示 测点 1 4 21 37 桩号 0 30m 200 360m 段 电压曲线平缓 等值线呈现为相对低电阻率 为正常层 序显示 根据瞬变电磁法试验成果 剖面的 30 200m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 根据天然电场选频法试验成果 3 23 测点 20 220m 段 V 值基本在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 1 3 23 37 测点 0 20m 220 360m 段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右变化 为未采空显示 图 3 10 图 3 5a 2 2 剖面多测道电压剖面图 图 3 5b 2 2 剖面视电阻率等值线图 19 图 3 6 天然电场选频 2 2 剖面 V异常曲线图 图 3 7a 3 3 剖面多测道电压剖面图 20 图 3 7b 3 3 剖面视电阻率等值线图 图 3 8 天然电场选频 3 3 剖面 V异常曲线图 图 3 9a 4 4 剖面多测道电压剖面图 图 3 9b 4 4 剖面视电阻率等值线图 21 图 3 10 天然电场选频 4 4 剖面 V异常曲线图 五五 5 5 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图 图 3 11a 和瞬变电磁各测线视电阻率等值 线图 图 3 11b 可以看出 测点 12 14 29 35 桩号 110 130m 280 340m 段 呈现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 测点 1 12 14 29 35 37 桩号 0 110m 130 280m 340 360m 段 电压曲 线平缓 等值线呈现为相对低电阻率 为正常层序显示 根据瞬变电磁法试验成果 该剖面的 110 130m 280 340m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 根据天然电场选频法试验成果 测点 10 16 27 35 90 150m 260 340m 段 V 值基本在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 测点 1 10 16 27 35 37 0 90m 150 260m 340 360m 段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右变化 为未 采空显示 图 3 12 六六 6 6 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 3 13a 和 3 13b 可以看出 测点 14 29 桩号 130 280m 段 呈现 低电压 高 电阻率 的 采空区异常 显示 测点 1 14 29 37 桩号 0 130m 280 360m 段 电压曲线平缓 等值线呈现为相对低电阻率 为正常层 22 序显示 根据瞬变电磁法的试验成果 6 6 剖面的 130 280m 段解释为 采空 区异常 2 天然电场选频法 根据天然电场选频法试验成果 测点 13 31 120 300m 段 V 值基本上在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 1 13 31 37 测点 0 120m 300 360m 段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右变 化 为未采空显示 图 3 14 七七 7 7 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 3 15a 和 3 15b 可以看出 1 29 测点 0 280m 段 呈现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 29 38 测点 280 370m 段 电压曲线平缓 等值线呈现 为相对低电阻率 为正常层序显示 根据瞬变电磁法的试验成果 7 7 剖面的 0 280m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 根据天然电场选频法试验成果 1 29 测点 0 280m 段 V 值基本上都在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 29 38 测点 280 370m 段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右变化 为未采空显示 图 3 16 图 3 11a 5 5 剖面多测道电压剖面图 23 图 3 11b 5 5 剖面视电阻率等值线图 图 3 12 天然电场选频 5 5 剖面 V异常曲线图 图 3 13a 6 6 剖面多测道电压剖面图 24 图 3 13b 6 6 剖面视电阻率等值线图 图 3 14 天然电场选频 6 6 剖面 V异常曲线图 图 3 15a 7 7 剖面多测道电压剖面图 25 图 3 15b 7 7 剖面视电阻率等值线图 图 3 16 天然电场选频 7 7 剖面 V异常曲线图 八八 8 8 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 3 17a 和 3 17b 可以看出 测点 1 27 桩号 0 260m 段 呈现 低电压 高电阻 率 的 采空区异常 显示 27 37 测点 260 360m 段 电压曲线平缓 等值线 呈现为相对低电阻率 为正常层序显示 根据瞬变电磁法的试验成果 8 8 剖 面的 260 360m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 根据天然电场选频法试验成果 1 28 测点 0 270m 段 V 值基本上都在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 28 37 测点 270 360m 段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右变化 为未采空显示 图 3 18 九九 9 9 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 26 3 19a 和 3 19b 可以看出 1 19 测点 0 180m 段 呈现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 19 32 测点 180 310m 段 电压曲线平缓 等值线呈现 为相对低电阻率 为正常层序显示 根据瞬变电磁法的试验成果 9 9 剖面的 0 180m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 根据天然电场选频法试验成果 1 21 测点 0 200m 段 V 值基本上都在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 21 32 测点 200 310m 段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右变化 为未采空显示 图 3 20 十十 10 10 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 3 21a 和 3 21b 可以看出 1 19 23 27 测点 0 180m 220 260m 段 呈现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 19 23 27 32 测点 180 220m 260 310m 段 电压曲线平缓 等值线呈现为相对低电阻率 为正 常层序显示 根据瞬变电磁法的试验成果 10 10 剖面的 0 180m 220 260m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 根据天然电场选频法试验成果 1 17 22 28 测点 0 160m 210 270m 段 V 值基本上都在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 解释为 采空区异常 17 22 28 32 测点 160 210m 270 310m 段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右 变化 为未采空显示 图 3 22 图 3 17a 8 8 剖面多测道电压剖面图 27 图 3 17b 8 8 剖面视电阻率等值线图 图 3 18 天然电场选频 8 8 剖面 V异常曲线图 图 3 19a 9 9 剖面多测道电压剖面图 28 图 3 19b 9 9 剖面视电阻率等值线图 图 3 20 天然电场选频 9 9 剖面 V异常曲线图 图 3 21a 10 10 剖面多测道电压剖面图 29 图 3 21b 10 10 剖面视电阻率等值线图 图 3 22 天然电场选频 10 10 剖面 V异常曲线图 十一十一 11 11 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 3 23a 和 3 23b 可以看出 测点 1 15 桩号 0 140m 段 呈现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 测点 15 30 桩号 140 290m 段 电压曲线平缓 等值 线呈现为相对低电阻率 为正常层序显示 根据瞬变电磁法试验成果 剖面的 0 140m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 从天然电场选频法 V 异常曲线图 图 3 24 上可以看出 1 16 测点 0 150m 段 V 值基本在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 16 30 测点 150 290m 段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右变化 为未采空显示 图 3 24 30 图 3 23a 11 11 剖面多测道电压剖面图 图 3 23b 11 11 剖面视电阻率等值线图 图 3 24 天然电场选频 11 11 剖面 V异常曲线图 十二十二 12 12 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 3 31 25a 和 3 25b 可以看出 测点 1 19 桩号 0 180m 段 呈现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 测点 19 26 桩号 180 250m 段 电压曲线平缓 等值 线呈现为相对低电阻率 为正常层序显示 根据瞬变电磁法试验成果 剖面的 0 180m 段解释为 采空区异常 2 天然电场选频法 从天然电场选频法 V 异常曲线图 图 3 26 上可以看出 1 19 测点 0 180m 段 V 值基本在 0 4 0 6mV 左右变化 呈高电位差异常 19 26 测点 180 250m 段 V 值基本在 0 1 0 3mV 左右变化 为未采空显示 图 3 26 图 3 25a 12 12 剖面多测道电压剖面图 图 3 25b 12 12 剖面视电阻率等值线图 32 图 3 26 天然电场选频 12 12 剖面 V异常曲线图 十三十三 13 13 剖面剖面 1 瞬变电磁法 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 图 3 27a 和 3 27b 可以看出 测点 1 14 19 21 桩号 0 130m 180 200m 段 呈 现 低电压 高电阻率 的 采空区异常 显示 测点 14 19 21 22 桩号 130 180m 200 210m 段 电压曲线平缓 等值线呈现为相对低电阻率 为正常 层序显示 根据瞬变电磁法试验成果 剖面的 0 130m 180 200m 段解释为 采 空区异常 2 天然电场选频法 从天然电场选