瞬變電磁法在新疆吐魯番市硝爾布拉克煤礦區(qū)采空區(qū)的應(yīng)用

【摘 要】新疆吐魯番市硝爾布拉克煤礦區(qū)內(nèi)有6個(gè)廢棄的小煤窯，由于廢棄煤窯關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)，各煤窯開(kāi)采深度、巷道采長(zhǎng)不詳。為了解決采空區(qū)問(wèn)題，本次工作采用了瞬變電磁法，利用巖石孔隙、裂隙中含水量大小的不同，以及含水量相同的不同巖石礦化程度不同，巖石的電阻率也不同這一物性特征，來(lái)對(duì)煤礦采空區(qū)范圍、深度及賦水情況進(jìn)行查明。

【關(guān)鍵詞】瞬變電磁 TEM 采空區(qū) 電阻率

新疆吐魯番市硝爾布拉克煤礦區(qū)位于吐魯番市偏西北方向，大河沿鎮(zhèn)以北18千米處。地處吐魯番盆地北緣，博格達(dá)山南麓的低山丘陵地帶，總體呈現(xiàn)北高南低的緩波狀地形。區(qū)內(nèi)出露地層有侏羅系下統(tǒng)三工河組，侏羅系中統(tǒng)西山窯組、頭屯河組，新近系上更新統(tǒng)葡萄溝組和第四系。本區(qū)的構(gòu)造主要位于大河沿河?xùn)|背、向斜區(qū)域構(gòu)造部位?？辈閰^(qū)構(gòu)造形態(tài)為一傾沒(méi)的倒轉(zhuǎn)向斜和背斜。

自1979年到2001年初，礦區(qū)內(nèi)先后有年產(chǎn)1-2萬(wàn)噸小煤窯6個(gè)，主采B2、B3、B4號(hào)煤層，開(kāi)采范圍均在煤層露頭以下200米以淺。2001年這6個(gè)小煤窯先后全部關(guān)閉停產(chǎn)。由于關(guān)停廢棄小煤窯廢棄時(shí)間長(zhǎng)，關(guān)閉時(shí)間、水平深度，巷道采長(zhǎng)不詳。根據(jù)走訪和調(diào)查，個(gè)別小煤窯還存在大水淹井、小面積著火的情況，因此，無(wú)法采用巷道測(cè)量法來(lái)確定采空區(qū)的范圍。為了解決這一采空區(qū)范圍問(wèn)題，結(jié)合礦井的實(shí)際情況，采用了國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多且較為準(zhǔn)確的瞬變電磁法來(lái)查明，并用鉆探輔以證明。

1 煤礦區(qū)內(nèi)地球物理特性

電法勘探主要研究的物性參數(shù)是電阻率。理論上講，干燥的巖石和空氣的導(dǎo)電性極差，其電阻率值趨向無(wú)窮大。但實(shí)際上巖石孔隙、裂隙總是含水的，并且隨著巖石含水量的增大，其電阻率值會(huì)急劇變低。而含水量相同的不同巖石由于礦化程度的不同，其電阻率值也可能差別很大。另外斷層的電阻率值根據(jù)其破碎帶寬度和含水量大小有不同程度的變化，不含水的溶洞電阻率值極高而含水溶洞的電阻率值很低。因此根據(jù)斷層和巖層等的電阻率值大小，也就可以間接了解其賦水情況，這就是利用電法勘探的地球物理依據(jù)。

區(qū)內(nèi)為典型的戈壁灘地貌，地表多為碎石、煤屑、砂土所覆蓋，局部為火燒區(qū)，還有大小不同的塌陷、裂隙和煤洞，從搜集到的北翼N23線附近的5-1、5-2號(hào)鉆孔和南翼S10線附近的1-1號(hào)鉆孔的測(cè)井資料來(lái)看，煤層、侏羅系下統(tǒng)三工河組和侏羅系中統(tǒng)西山窯組地層在標(biāo)高1100以上的側(cè)向電阻率值很低。如果巷道或采空區(qū)不含水或含水較少則電阻率值應(yīng)該較高，就與未經(jīng)開(kāi)采的煤層和圍巖存在明顯的物性差異，這為利用電法勘探查明采空區(qū)提供了較可靠的物理前提。

2 工作方法

2.1 測(cè)網(wǎng)布置

根據(jù)圈定的工作范圍，測(cè)線布設(shè)為沿地層向斜兩翼垂直地層走向布設(shè)。基本測(cè)網(wǎng)密度設(shè)計(jì)為40m×10m，即線距40m，點(diǎn)距10m。在測(cè)區(qū)北翼設(shè)計(jì)南北向測(cè)線31條，在測(cè)區(qū)南翼設(shè)計(jì)東西向測(cè)線31條，共布設(shè)測(cè)線62條，設(shè)計(jì)測(cè)點(diǎn)1160個(gè)，質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)37個(gè)。

2.2 試驗(yàn)參數(shù)選擇

通過(guò)分析煤礦區(qū)的有關(guān)地質(zhì)、地表?xiàng)l件，然后確定最佳施工裝置為大定回線裝置，發(fā)射回線大小選擇為300m×300m和360m×360m進(jìn)行試驗(yàn)。本次工作的目標(biāo)深度為200m，因此選擇8.333Hz和25Hz的發(fā)射頻率進(jìn)行試驗(yàn)，以便在保證數(shù)據(jù)信噪比的同時(shí)又能達(dá)到勘探目的層。

（1）在北翼5線附近沿測(cè)線方向，發(fā)射線框分別為300m×300m和360m×360m，發(fā)射頻率為25Hz，電流分別為17.8A和19.3A，各完成測(cè)點(diǎn)12個(gè)，采集時(shí)間為80秒～120秒，疊加次數(shù)超過(guò)1000次。

（2）在南翼23線附近垂直測(cè)線方向，發(fā)射線框?yàn)?60m×360m，發(fā)射頻率分別為25Hz和8.333Hz，電流均為15.1A，分別完成測(cè)點(diǎn)9個(gè)和18個(gè)，采集時(shí)間為96秒～156秒，疊加次數(shù)超過(guò)1000次。

2.3 野外采集工作質(zhì)量評(píng)述

野外采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量以總的平均均方誤差來(lái)衡量，其計(jì)算公式為：

式中 、 分別表示第j點(diǎn)第i道的原始觀測(cè)和檢測(cè)觀測(cè)值，m為檢查點(diǎn)數(shù)，n為參加計(jì)算的道數(shù)。M為總的平均均方相對(duì)誤差。

將37個(gè)檢查點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)按1～20道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算后，得到其平均均方相對(duì)誤差為 1.432%，符合規(guī)范中不超過(guò) 15%的要求，說(shuō)明野外觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，質(zhì)量較高。

3 數(shù)據(jù)處理與解釋

3.1 數(shù)據(jù)處理

野外采集的數(shù)據(jù)處理前，首先對(duì)其逐點(diǎn)進(jìn)行整理和預(yù)處理，即利用預(yù)處理軟件檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，剔除不合格數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行編錄，整理成專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理軟件所需要的順序和格式，接著每個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行去跳點(diǎn)，以去除受干擾影響明顯的測(cè)道，然后利用反演軟件選擇不同的參數(shù)建立地電模型擬合原始曲線，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)有關(guān)地質(zhì)和鉆探資料再做必要的深度校正，將所得到的最合適的參數(shù)用于整條測(cè)線進(jìn)行反演，對(duì)所有測(cè)線選擇參數(shù)進(jìn)行反演后將得到的數(shù)據(jù)以視電阻率斷面圖、平面等值線圖的形式繪制出來(lái)，這些圖件即是今后資料分析解釋的基礎(chǔ)材料。

3.2 數(shù)據(jù)解釋

資料的解釋和處理工作其實(shí)是同時(shí)進(jìn)行的，它們之間存在一種從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)的提高過(guò)程，如上訴資料處理步驟中的深度校正就存在一個(gè)初步解釋過(guò)程。瞬變電磁法勘探資料的解釋仍遵循與其它電法相同的規(guī)律與程序，即依據(jù)所測(cè)得的視電阻率變化規(guī)律，結(jié)合已知地質(zhì)、鉆孔資料，從已知到未知，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，進(jìn)行綜合對(duì)比分析解釋。根據(jù)本次電法勘探的任務(wù)，依據(jù)鉆孔資料確定目的層所對(duì)應(yīng)的電性層位，結(jié)合定性圖件和已知地質(zhì)資料分析含水層和采空區(qū)的大致范圍，再通過(guò)綜合分析及反演得到的視電阻率斷面圖和平面圖，最終解釋富水區(qū)和采空區(qū)的位置和深度。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)收集到的以往地質(zhì)工作資料，結(jié)合本次瞬變電磁法工作成果，分析了視電阻率斷面圖和平面圖，劃分了異常范圍，其中南翼的高阻采空異常主要分布在S13線～S39線之間，面積約為209435m2，北翼的N1～N26線之間，面積約為76473m2，深度范圍均主要在150m以淺。

參考文獻(xiàn)：

[1]新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)勘查隊(duì).新疆吐魯番市硝爾布拉克煤礦勘探報(bào)告.

[2]《地面瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》.DZ_T 0187-1997.

作者簡(jiǎn)介：賴(lài)章勁（1988-），男，新疆阜康市人，助理工程師，2010年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)，從事煤田地質(zhì)勘探工作。