三维地震结合瞬变电磁在石灰岩地区的应用

董 戈，高国强，刘 明，朱光强，邓 伟

(宜宾芙蓉地质勘测设计有限公司，四川成都610500)

0 引言

在煤矿日常生产过程中，水患是煤矿安全生产的严重威胁，尤其是在石灰岩地区。在岩溶发育地区，矿井在进行穿层掘进时，极易揭穿溶洞或暗河，造成突水事故。因此，在石灰岩地区对岩溶分布进行地球物理探测可以有效保证矿井的安全生产，其中瞬变电磁法在岩溶地区含富水区域、三维地震对岩溶发育探测均有较好的效果，本次使用V8 多功能电法工作站与sercel428 ×1 地震仪对广安某煤矿岩溶发育及含水性进行探测。

1 探测区地球物理特征

矿区位于华蓥山中段腹部，山脉走向与龙王洞背斜轴走向基本一致，呈北北东向展布。矿区地势东高西低，南高北低;东部山脉海拔标高+1 000 m 以上，区内最高点位于四方山，海拔标高+1 138.33 m;最低点位于团鱼庵，海拔标高+415 m，相对高差723.33 m。山脊东坡较陡，坡角为20 ～30°;西坡较缓，坡角为10 ～20°。东西山坡主要由飞仙关组和嘉陵江组的地层组成，构成顺向坡。近于东西向的横切冲沟较发育。区内发育溶沟、溶槽、漏斗、落水洞、溶洞、岩溶洼地等形态各异的岩溶地貌景观，属构造－侵蚀、溶蚀中低山地貌。

1.1 地层电性特征

根据邻区地球物理测井资料统计，区内地层以灰岩、白云岩和煤层为主，其中灰岩电阻率最高电阻率值在100 ～10 000，由于灰岩的岩溶极其发育，当溶洞、裂隙充水时表现为低阻，当溶洞、裂隙无水时，表现为高阻。且由于采掘工作的影响，是地层扰动裂隙发育，出现电阻率高低不均匀变化的特征。通过这个特征，可以利用瞬变电磁法勘探，判别电阻率的差异来解释出岩溶的范围。

1.2 地震地质条件

矿区位处龙王洞背斜北段的南端，井田内龙王洞背斜南北向山脊突起，东西两侧低下，山脊脊部较宽缓，一般标高1000 m以上，最高点标高1 138.33 m，山脊两侧槽谷地带，标高500 ～600 m，最低标高320.00 m，相对高差818.33 m，属溶蚀构造中切割中低山地貌。起伏很大的地形给野外施工带来了很大的困难，复杂的地表结构对地震波的激发和接收十分不利。

区内浅层大部分为二叠系上统和三叠系下统的灰岩、泥质灰岩，灰岩出露使地震炮井成孔困难。另外，松散的碎石层对地震波能量衰减极为强烈。

2 探测仪器及野外工作方法

2.1 探测仪器

本次探测使用8 多功能电法工作站与sercel428 ×1 地震仪同时对矿井回风井区域进行探测，使用sercel428 ×1 地震仪确定岩溶分布情况，使用V8 多功能电法工作站确定岩溶的含富水情况。

2.2 野外工作方法

2.2.1 瞬变电磁

本次瞬变电磁勘查以40 ×20 的网度布置瞬变电磁测点。

共布置测线12 条测585 个点。本次主要参数如下:发射线框:360 ×360 m;接收线框:100 m2天线;发射电流:10 A;工作频率:5/25 Hz;施工中采用加拿大凤凰公司生产的V8 工作站采集系统进行施工采集工作。

2.2.2 sercel428 ×1 地震

测区共布置东西方向线束4 束，接收线20 条，炮线32 条。线束布置原则为垂直或基本垂直主要构造线方向，沿东西方向布置，点号为西小东大，线号为南小北大。接收线束自南向北统一编号，激发点、接收点自西向东统一编号。采用规则八线八炮束状观测系统，施工中以线束为单位进行，端点放炮，单边接收，每束线与上一束线重合4 条线接收。

完成三维勘探线束4 束;接收线20 条，线长37.00 km，测点 3 720 个;激发线 32 条，炮线长 12.4 km，测点 640 个;总长49.4 km;试验点、试验线测点687 个，复测检波点、炮点80 个，总测点数5 127 个;测量施工面积为1.406 km2。

3 成果对比

在本次工作中，三维地震的工区与瞬变电磁的工区有部分重叠，详见工区布置示意图(图1)。

图1 工作区示意图

3.1 瞬变电磁

图2 是矿井+600m 水平切面，600 标高受矿井巷道影响和已经揭露的3#、4#、7#暗河和5#、6#溶洞还有几个小溶洞影响，整个水平都呈现出较高阻，说明岩溶非常发育，对于详细解释见图2。通过水平切片和前面的12 条剖面分析大致可以画出相邻矿井的实际开采边界，如图上的红色曲线。

3.2 三维地震

图3 是偏移数据体层拉平切片，从图中可以看到在层拉平切片上振幅能量明显发生变化:与已知的5#、6#溶洞对比，白色振幅能量弱的位置就是溶洞显示，根据反映的溶洞位置用于检查在垂直时间剖面上的解释成果。

根据两种地球物理勘探方法最终得到的成果图来看，两种方法均探测到已知溶洞，同时，在矿井未掘进区域发现有新的溶洞发育，且在平面上位置相近。

图2 瞬变电磁法+600 m 标高水平切面图

图3 三维地震水平切面图

4 结语

本次物探是川内首次采用瞬变电磁结合三维地震针对石灰岩地区岩溶发育规律进行探测，取得的效果较为理想。三维地震针对溶洞、断层反应敏感，能够很好地对溶洞的发育情况、断层的展布情况进行剖析，指导矿井生产;瞬变电磁法主要针对含水区域，能够有效判定溶洞与断层的含水性，对矿井在生产过程中避免揭穿含水溶洞及断层起到了很好的预报作用。

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