瞬变电磁法在新疆吐鲁番市硝尔布拉克煤矿区采空区的应用

赖章劲

(新疆煤田地质局综合地质勘查队,新疆乌鲁木齐 830009)

瞬变电磁法在新疆吐鲁番市硝尔布拉克煤矿区采空区的应用

赖章劲

(新疆煤田地质局综合地质勘查队,新疆乌鲁木齐 830009)

新疆吐鲁番市硝尔布拉克煤矿区内有6个废弃的小煤窑,由于废弃煤窑关闭时间长,各煤窑开采深度、巷道采长不详。为了解决采空区问题,本次工作采用了瞬变电磁法,利用岩石孔隙、裂隙中含水量大小的不同,以及含水量相同的不同岩石矿化程度不同,岩石的电阻率也不同这一物性特征,来对煤矿采空区范围、深度及赋水情况进行查明。

瞬变电磁 TEM 采空区 电阻率

新疆吐鲁番市硝尔布拉克煤矿区位于吐鲁番市偏西北方向，大河沿镇以北18千米处。地处吐鲁番盆地北缘，博格达山南麓的低山丘陵地带，总体呈现北高南低的缓波状地形。区内出露地层有侏罗系下统三工河组，侏罗系中统西山窑组、头屯河组，新近系上更新统葡萄沟组和第四系。本区的构造主要位于大河沿河东背、向斜区域构造部位。勘查区构造形态为一倾没的倒转向斜和背斜。

自1979年到2001年初，矿区内先后有年产1-2万吨小煤窑6个，主采B2、B3、B4号煤层，开采范围均在煤层露头以下200米以浅。2001年这6个小煤窑先后全部关闭停产。由于关停废弃小煤窑废弃时间长，关闭时间、水平深度，巷道采长不详。根据走访和调查，个别小煤窑还存在大水淹井、小面积着火的情况，因此，无法采用巷道测量法来确定采空区的范围。为了解决这一采空区范围问题，结合矿井的实际情况，采用了国内应用较多且较为准确的瞬变电磁法来查明，并用钻探辅以证明。

1　煤矿区内地球物理特性

电法勘探主要研究的物性参数是电阻率。理论上讲，干燥的岩石和空气的导电性极差，其电阻率值趋向无穷大。但实际上岩石孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石含水量的增大，其电阻率值会急剧变低。而含水量相同的不同岩石由于矿化程度的不同，其电阻率值也可能差别很大。另外断层的电阻率值根据其破碎带宽度和含水量大小有不同程度的变化，不含水的溶洞电阻率值极高而含水溶洞的电阻率值很低。因此根据断层和岩层等的电阻率值大小，也就可以间接了解其赋水情况，这就是利用电法勘探的地球物理依据。

区内为典型的戈壁滩地貌，地表多为碎石、煤屑、砂土所覆盖，局部为火烧区，还有大小不同的塌陷、裂隙和煤洞，从搜集到的北翼N23线附近的5-1、5-2号钻孔和南翼S10线附近的1-1号钻孔的测井资料来看，煤层、侏罗系下统三工河组和侏罗系中统西山窑组地层在标高1100以上的侧向电阻率值很低。如果巷道或采空区不含水或含水较少则电阻率值应该较高，就与未经开采的煤层和围岩存在明显的物性差异，这为利用电法勘探查明采空区提供了较可靠的物理前提。

2　工作方法

2.1测网布置

根据圈定的工作范围，测线布设为沿地层向斜两翼垂直地层走向布设。基本测网密度设计为40m×10m，即线距40m，点距10m。在测区北翼设计南北向测线31条，在测区南翼设计东西向测线31条，共布设测线62条，设计测点1160个，质量检测点37个。

2.2试验参数选择

通过分析煤矿区的有关地质、地表条件，然后确定最佳施工装置为大定回线装置，发射回线大小选择为300m×300m和360m× 360m进行试验。本次工作的目标深度为200m，因此选择8.333Hz和25Hz的发射频率进行试验，以便在保证数据信噪比的同时又能达到勘探目的层。

(1)在北翼5线附近沿测线方向，发射线框分别为300m×300m和360m×360m，发射频率为25Hz，电流分别为17.8A和19.3A，各完成测点12个，采集时间为80秒～120秒，叠加次数超过1000次。

(2)在南翼23线附近垂直测线方向，发射线框为360m×360m，发射频率分别为25Hz和8.333Hz，电流均为15.1A，分别完成测点9个和18个，采集时间为96秒～156秒，叠加次数超过1000次。

2.3野外采集工作质量评述

野外采集的数据质量以总的平均均方误差来衡量，其计算公式为:

式中 )(ijtV、 )('ijtV分别表示第j点第i道的原始观测和检测观测值，m为检查点数，n为参加计算的道数。M为总的平均均方相对误差。

将37个检查点与对应的原始数据按1～20道进行统计计算后，得到其平均均方相对误差为1.432%，符合规范中不超过15%的要求，说明野外观测数据准确可靠，质量较高。

3　数据处理与解释

3.1数据处理

野外采集的数据处理前，首先对其逐点进行整理和预处理，即利用预处理软件检查数据质量，剔除不合格数据，并对其进行编录，整理成专用数据处理软件所需要的顺序和格式，接着每个测点的数据进行去跳点，以去除受干扰影响明显的测道，然后利用反演软件选择不同的参数建立地电模型拟合原始曲线，并在此基础上根据有关地质和钻探资料再做必要的深度校正，将所得到的最合适的参数用于整条测线进行反演，对所有测线选择参数进行反演后将得到的数据以视电阻率断面图、平面等值线图的形式绘制出来，这些图件即是今后资料分析解释的基础材料。

3.2数据解释

资料的解释和处理工作其实是同时进行的，它们之间存在一种从实践到认识的提高过程，如上诉资料处理步骤中的深度校正就存在一个初步解释过程。瞬变电磁法勘探资料的解释仍遵循与其它电法相同的规律与程序，即依据所测得的视电阻率变化规律，结合已知地质、钻孔资料，从已知到未知，从简单到复杂，进行综合对比分析解释。根据本次电法勘探的任务，依据钻孔资料确定目的层所对应的电性层位，结合定性图件和已知地质资料分析含水层和采空区的大致范围，再通过综合分析及反演得到的视电阻率断面图和平面图，最终解释富水区和采空区的位置和深度。

4　结语

根据收集到的以往地质工作资料，结合本次瞬变电磁法工作成果，分析了视电阻率断面图和平面图，划分了异常范围，其中南翼的高阻采空异常主要分布在S13线～S39线之间，面积约为209435m2，北翼的N1～N26线之间，面积约为76473m2，深度范围均主要在150m以浅。

[1]新疆煤田地质局综合地质勘查队.新疆吐鲁番市硝尔布拉克煤矿勘探报告.

[2]《地面瞬变电磁法技术规程》.DZ_T 0187-1997.

赖章劲(1988—),男,新疆阜康市人,助理工程师,2O1O年毕业于辽宁工程技术大学地质工程专业,从事煤田地质勘探工作。