可控源音频大地电磁法在采空区勘探中的应用分析

刘红云

[摘要]可控源音频大地电磁法（CSAMT）是近年来所发展起来的一种新的探测技术，在采空区勘探工作中得到了非常广泛的应用。本文对可控音源大地电磁法的工作远离进行了简单分析，并介绍了可控音源大地电磁法在矿区采空区勘探工作中的应用，通过分析，可以确定该探测方法在矿区采空区勘探工作中应用的可行性。

[关键词]CSAMT 采空区勘探 应用

[中图分类号] P62 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-295-1

1可控源大地电磁法工作原理

在利用可控音频大地电磁法进行勘探时，通常是对均匀半空间电或磁偶极子在地面上的场进行研究，这主要是因为构造电磁法勘探通常实在地面上进行观测的。众所周知，偶极天线所产生的电磁波是沿着多个方向辐射的，从波的传播途径来看，可以分为天波、地面波和底层博三种。电磁波在空气中传播的波长为c/f（c表示光速；f表示电磁波的频率），在大地中传播的波长为[107/（fσ1）]1/2。可以看出电磁波在大地中传播时的波长远远小于在空气中传播时的波长，这样一来，电磁波传播时的地面波s0和地层波s1在某一时刻t时，由于波程差，会在地表附近形成一个接近水平方向的波阵面，造成一个几乎是垂直向下传播的S*波，即近似的水平极化平面波。s0波、s1波和s*波在传播的过程中，都会与地下地质结构发生作用，并将这种作用的结果反映到地面观测点中[1]。

2采空区地质条件和地球物理特征

2.1地层及构造

本文以某铁矿为例进行分析，工作区以及周边区域的地层根据揭露情况由老到新包括了奥陶系马家沟组、新近系与第四系。其中奥陶系马家沟组以石灰岩为主，在矿区内夹有厚度不同的铁矿层。新近系以粘土岩和砂页岩为主；第四系则以粘土、粘质砂土和砂质粘土为主。根据现有的矿区地质资料来看，矿区内尚未发现断裂构造的存在。

2.2地球物理特征

根据测井以及电法资料统计，矿区的主要岩层电阻率参数如表1所示。

从表1种的数据可以看出，含铁矿石层与石灰岩之间的电性存在较大的差异，铁矿石层的围岩石灰岩电阻率最高，但是在夹铁矿层时，电阻率出现了明显的下降。当存在采空现象时，原有地层结构发生了一定的变化，电性特征也随之改变，这也使得采空区与围岩之间的电性产生了一定的差异。在进行各种工程勘探的过程中，寻找地下采空区通常存在两种情况，一种是采空区在充水之后会表现出明显的低电阻特征，另一种则是采空区中不存在任何充填物时，会表现出明显的高电阻特征。不同的采空区因为本身结构、形状等方面的差异，其电阻率也存在一定的差异。从上述分析也可以指导，地下采空区与围岩之间的电性存在较大的差异，这也为勘探工作提供了开展的条件。

3采空区的资料解释

3.1采空区的一般异常特征

将野外所采集的数据输入到专用的电脑软件中进行圆滑处理，然后利用BUICK反演数据绘制各剖面的视电阻率等值线拟合断面图，最后根据该区域的地球物理特征和视电阻率等值线拟合断面图以及矿区的已知地质资料对采空区的位置进行推断。

工作区的正常底层结构属于奥陶系石灰岩中分布有一层或者数层铁矿石，属于少有的富矿区域，单层铁矿石的厚度可以达到数十米，本矿区铁矿的开采多层，综采厚度达到了数百米。当铁矿石被挖出之后形成了空洞，其电阻率增加，而在空洞增加到一定规模之后，就会在CSAMT视电阻率等值拟合断面图的一定深度上形成高阻闭合圈。在采空区被填充之后，因为填充物属于高阻物质，在CSAMT视电阻率拟合断面图中同样会形成高阻闭合圈。由于围岩即奥陶系石灰岩在铁矿去内的含铁量较高，因而其视电阻率低于正常值。本工作区采空区已经被充填，由于采空区的深度及厚度存在一定的差异，其反演ρ值也存在一定的差异，通常处于80～260Ω·m的范围内。当石灰岩中的含铁量较高时，反演ρ的值通常在20～60Ω·m之间[2]。

3.2剖面实例分析及解释

下面以该矿区的5、6剖面为例，进行分析和解释。其中剖面5如图1（a）所示，在地面85310～85523m的位置、垂直深度220～270m、以反演ρ值为80Ω·m等值线圈出了一相对高阻半闭合圈，因为现场无法施工，南端异常未闭合，该异常具有一定的独立性和规律性，结合实际地质情况对推测采空区的位置位于该高阻半闭合圈。与已知的矿区资料进行对比，该范围属于采空区且已经进行充填。剖面6如图1（b）所示，在地面85423～85633m位置，垂直深度200～358m、反演ρ的值为120Ω·m等值线形成了一个相对高阻闭合圈，闭合圈的反演ρ的最大值为220Ω·m。该异常具有十分明显的高阻特征，结合实际的地质情况推测该闭合圈范围为采空区。结合实际的矿区资料来看，该区域原来属于铁矿富集区，矿层厚度较大且为多层矿，目前已采空且已经进行充填。

4结束语

随着现代社会的发展，人类对地球上的各类矿产资源不断进行探索，但也为地球近表面地层造成了十分严重的伤害。比如，矿区的采空区就对人类造成了很大的伤害，这就需要我们对采空区的具体位置进行探测。本文分析了可控源音频大地电磁法在采空区勘探工作中的应用。该方法具有较好的效果，通过将矿区开采图与实际情况进行对比，也证明了该方法在采空区勘探工作中的有效性。但是在实际工作中，需要注重参数的选择，从而保证勘探结果的准确率。

参考文献

[1]林昌洪.可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演研究[J].地球物理学报，2012（11）：3829-3838.

[2]许广春.可控源音频大地电磁法（CSAMT）在隧道勘察中的应用[J].工程勘察，2008（06）：68-71.