综合物探方法在煤田采空区探测中的应用

摘要：文章介绍了在煤田采空区探测中使用的综合物探方法和手段及其基本原理和技术特点。探测结果表明，综合物探方法的运用提高了采空区探测的准确度和精度，基本查明了采空区的层位、分布、范围，对荒山绿化用地进行了地质灾害危险性评估，为用地规划提供了准确的依据。

关键词：综合物探法；采空区；直流电测深；高密度地震映像

中图分类号：P631文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）09-0019-02

齐马山荒山绿化建设工程，建设用地约0.43平方公里。该建设用地范围内分布有西山老君庙煤矿、101团猛进煤矿。由于煤矿生产，在建设区内已形成多处地面塌陷，同时还可能存在其它未塌陷的采空区，这些采空区对建设工程构成潜在危害。自然查明采空区就成为本次物探工作的主要任务。

一、测区地形及地球物理特征

测区内塌陷区在地表依稀可辨，基本按75°方向平行分布。原始地形地貌保留尚好，地形平坦，根据以往勘察经验，侏罗纪地层中煤层的电阻率值一般在20～30Ωm之间变化，砂岩的电阻率值一般在15～25Ωm之间变化，泥岩的电阻率值一般在4～18Ωm之间变化。空体电阻率值近似为无限大，空体在地表引起的电阻率异常强度远大于其它岩性地层在地表引起的电阻率异常强度，在本区使用直流电阻率法存在物探工作的前提条件。第四系地层与下伏的侏罗系地层之间以及煤层与围岩之间存在密度差异和弹性波速度差异及电性差异。地震波在其中的传播波速不同，往往容易形成地震界面（波阻抗界面）；在煤层采空区或塌陷区上地震波运动学、动力学特征有明显变化，即会发生波形同相轴位移、时间突变、波速和振幅急剧衰减、波形零乱等现象。研究地震波的上述变化规律，可对工作区内煤层采空塌陷现象进行识别。

二、外业工作方法

直流电测深：剖线走向与煤层走向垂直，根据地形地物特点布设剖面线，点距20m，最大供电极距L=450m。

高密度地震映像：重合电测深剖面，对点测深发现异常进行验证。

三、资料解释与推断

（一）数据处理

纵向断面采用算术坐标绘制断面等值线图，水平比例采用1:2000，垂直比例采用1:5000；水平断面采用每一点的坐标及电阻率分别绘制AB/2=100、200、300m平面等值线图，比例尺为1:1000，等值线间距5Ωm，根据等值线疏密程度适度标注电阻率数据。

（二）图件编制

使用SUFER编图软件制作视电阻率断面等值线图。图面比例尺各剖线应基本一致，编图参数的设置应基本一致。

（三）异常确定的一般原则

1．异常宽度大于2m，等值线与岩层一致或近似垂直在垂向上密集排列。

2．高阻圈闭区域呈带状沿垂向分布，中心圈闭值大于150Ωm，最小圈闭值为18Ωm。

3．对大于50Ωm的或不连续分布的独立异常不予评价。特大数值予以剔除（属干扰因素引起的异常）。

（四）异常分类

根据异常的断面形态、异常点的曲线形态、异常值的大小、平面组合特征，结合一般地质认识对本次圈定的异常分类如下：

1．电阻率在150Ωm以上，反映在纵断面上为高阻闭合圈，可定为高阻异常。该类异常一般由厚煤层与采空体共同引起。

2．电阻率在18Ωm以下, 反映在纵断面上为低阻闭合圈，可定为低阻异常。该类异常一般由塌陷充水与采空体

共同引起。

四、成果

Ⅰ-Ⅰ剖面中3号点至11号点表层为回填砂砾石层，电阻率为100～250Ωm，12号点至31号点表层不均匀，其成分为腐殖土、砂砾石，山体上部分出露基岩，覆盖层厚度从几米变化到20多米，从视电阻率等值线断面图看出：异常部位有两处，1～2～3～4号点、20～21号点，定量解释1、3号点：1号点煤层顶板16米，底板无解；3号点煤层顶板17米，3号点底板49米，钻孔在19号点附近采空顶板48米,物探解释为53米，21号点煤层顶板28m，底板84米；20号点地震映像图中也可看出，第一个同相轴出现向上弯曲时间为65ms，其深度为48.7米左右，第二个同相轴出现向上弯曲时间为120ms，其深度为90米左右。

剖面中3号点至12号点表层为回填砂砾石层，电阻率为100～250Ωm，13号点至25号点表层不均匀，其成分为腐殖土、砂砾石，山体上部分出露基岩，覆盖层厚度从几米变化到10多米，从视电阻率等值线断面图看出：异常部位有3处，4～5号点、10号点、23～24～25号点，其中5、10号点异常深度52.5米，异常中心25号点异常深度较大，采空深度为80m左右；5号点地震映像图中也可看出，同相轴出现向上弯曲时间为70ms，其深度为52.5米，25号点地震映像图中也可看出，同相轴出现向上弯曲时间为100ms，其深度为78米。

上面利用电性资料和地震资料从剖面垂直方向上进行分析，下面从不同深度AB/2=100、200、300m水平面电性变化分析异常的分布范围：

平面位置上利用电性分布情况，异常分布范围，判定采空区的范围、走向，反映高阻闭合圈为采空异常（红色区域），从中判断异常宽度及塌陷区的范围、走向，低阻闭合圈为塌陷或地层构造异常（蓝色区域）。

综合上述垂直断面和不同深度水平面资料分析，结合前面提出的异常判断原则，综合判定Ⅰ-Ⅰ剖面：1、2号点异常属采空异常，3号点煤层顶板17m，3号点底板49m，推测采空中心深度为90m～120m；21号点异常属采空异常，第一采空中心深度为48.7m，第二采空中心深度为90m左右。Ⅱ-Ⅱ剖面：3、4、5号点和10号点异常属采空异常，其中心深度50m左右。经在Ⅱ-Ⅱ剖面5号、10号布置钻孔验证，5号点未见采空，但岩层比较破碎，漏浆严重，10号点在深度51米见采空区，与物探解释采空深度一致。

五、结论

直流电阻率法能够较直观、形象地反映断面电性异常的范围、走向等，地震映像法对电性异常处进行了有效的验证，二者综合运用,提高了采空区探测的准确度和精度,基本查明了采空区的层位、分布、范围。

随着电子和数据处理技术的发展，工程物探技术不断提高，其应用范围也不断拓宽，然而无论哪一种物探技术方法都存在着一定的条件性和局限性，因此在解决较复杂工程地质问题时，应考虑采用综合物探技术和综合分析解释，使各方法成果相互佐证，取长补短以提高物探资料解释精度和可靠性，便能取得理想的勘察效果。

参考文献

[1]王振东．浅层地震勘探应用技术[M]．北京：地质出版社，1998．

[2]傅良魁．电法勘探教程[M]．北京：地质出版社，1990．

作者简介：朱金彪，男，新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队助理工程师，研究方向：工程物探。