高密度电法在采空区探测中的应用

鲁文娟（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局地球物理探矿队　乌鲁木齐　830011）



高密度电法在采空区探测中的应用

鲁文娟
（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局地球物理探矿队乌鲁木齐830011）

摘要此次工作为保证工作区内在建房屋的安全性，投入高密度电阻率法查明工作区内采煤巷道、采空区、残余煤层的空间分布情况。结合钻探验证，表明高密度电阻率法在浅部采空的调查中有经济、快速、准确的优势。

关键词高密度电阻率法采空区调查

工作区采煤历史悠久，地下采空区遍布，部分区域地表甚至出现坍塌现象，由于形成时间较早，且大都缺乏资料。在工作区西南部发现一个巷道出露，经研究表明为历史上的采煤巷道。施工方为保障在该区域建筑物的安全，必须查明工作区内的采空区及残余煤层的空间分布情况。

为查明工作区采空区的分布情况，经实地调查以及资料的收集，确定工作区煤层的埋深并不深，那么采空区的位置埋深亦不会太深。为经济且高效的完成任务，确定采用高密度电阻率法进行探测。工作区内主要为第四系砂岩、泥岩等，地下水埋藏较浅。

1　高密度电法

高密度电法兼具剖面法与电测深法的效果，并具点距小、数据采集密度大、能直接反映基岩起浮状态的特点，高密度电法测量的二维地电断面能较直观地反映基岩界线基岩构造，能够了解与围岩存在电性差异的断裂构造的发育情况。

本次工作采用重庆奔腾数控所产WGMD-3型高密度电法测量系统。

根据不同的电极排列顺序和测量方式，可分为不同的装置方式，本次勘察使用装置为：L1线点距为10 m、L2线点距为5 m；电极数按场地实际情况定、排列按场地实际情况定，滚动覆盖，AMN装置见图1。

图1　AMN装置示意图

AMN装置测量时，A不动，M、N逐点向右同时移动，得到一条滚动线；接着A、M、N同时向右移动一个电极，A不动，M、N逐点向右同时移动，得到另一条滚动线；这样不断滚动测量下去，得到平行四边形断面。

2　地球物理前提

根据实地调查及前期建筑物开挖情况，发现测区内地表及地下分布的主要为砂岩、泥岩等，而地下水位较浅，发现的采煤巷道内已完全充水，采空区在电阻率断面中应表现为低阻；含水较大的砂岩、泥岩等电阻率亦较低，约为几十Ωm到100 Ωm左右；含水煤层的电阻率相对较高，为100 Ωm到200 Ωm左右。

故地球物理前提相对充分，主要关注低阻及高阻区域。

3　主要异常

⑴L1线位于测区西南部，走向北西方向。

①L1-1表现为局部高阻，异常陡直、垂直向下，异常中心电阻率70 Ωm，在测线方向为220～240 m，顶板深度AO=60 m，深度按50%AO计算为30 m，一直延伸底部。

②L1-2表现为局部高阻，成椭圆状，异常中心电阻率80 Ωm，在测线方向为320～370 m，顶板深度AO=60 m，深度按50%AO计算为30 m。该异常刚好与L6线相交，与L6-2异常吻合较好。

③L1-3表现为局部低阻，异常陡直、垂直向下，异常中心电阻率16 Ωm，在测线方向为370～400 m，顶板深度AO=35 m，深度按50%AO计算为17.5 m，一直延伸底部。

④L1-4表现为局部低阻，异常陡直、垂直向下，异常中心电阻率11 Ωm，在测线方向为440～450 m，顶板深度AO=110 m，深度按50%AO计算为55 m，一直延伸底部。

根据该区煤层的分布情况、以往的工作情况及地下水情况，认为L1-3、L1-4可能为完全为水所填充的采空区。

⑤L1-5表现为局部低阻，异常陡直、垂直向下，异常中心电阻率11 Ωm，在测线方向为260～270 m左右，顶板深度AO=130 m，深度按50%AO计算为65 m，一直延伸底部。

⑥L1-6表现为局部低阻，成椭圆形，并且北西向未封闭，异常中心电阻率6 Ωm，在测线方向为460～530 m，顶板深度AO=90 m，深度按50%AO计算为45 m，一直延伸底部。由于东面上部情况未知，若上部为高阻覆盖，也可能为采空区。

图2　工作区L1线剖面电阻率拟断面图

⑵L6线位于测区北部，走向南西方向，与L1北部相交。该剖面主要圈定L6-1、L6-2两个高阻异常。

①L6-1表现为局部高阻，异常成椭圆形，异常中心电阻率90 Ωm，在测线方向为130～155 m，顶板深度约为AO=10 m，深度按50%AO计算为5 m，一直延伸AO=45 m。

②L6-2表现为局部高阻，异常成椭圆形，异常中心电阻率100 Ωm，在测线方向为190～220 m，顶板深度约为AO=40 m，深度按50%AO计算为20 m，一直延伸底部。与L1-2异常吻合较好，为该地质体的两个垂向面的反应。推断为煤层引起。

图3　工作区L6线剖面电阻率拟断面图

4　结论

根据以上推断，在L1线340 m处（L1-2异常）布设验证钻孔，在40 m左右发现煤层，含煤量不高；在L1线380 m处（L1-3异常）布设验证钻孔，在22 m左右发现采空区，而且采空区内完全被水填充，基本与推测完全吻合，L1线445 m处（L1-4异常）布设验证钻孔，并无明显的采空区，只是含水量增加，为不良地质体引起。

本次调查高密度电阻率法探测有效深度在60 m以内，深部地层视电阻率的探测需要增大电极间距和供电功率。本次采空区调查的成果表明，高密度电阻率法辅以适当的钻探工作可以快速准确地查明特定区域范围内地下浅部采空区的空间分布情况，节省投入。

参考文献

［1］张胜业，潘玉岭.应用地球物理学原理［M］.武汉:中国地质大学出版社，2004.

［2］邱向荣.岩溶塌陷稳定性的灰色模糊综合评判［J］.水文地质工程地质，2004，31（4）.

收稿：2016-01-08

DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.03.009