AMT法在煤礦采空區(qū)勘探上的應用

摘 要：利用音頻大地電磁法AMT對工作區(qū)進行勘探，所測數(shù)據(jù)經(jīng)反演后，進而根據(jù)電阻率劃分地層和構(gòu)造，結(jié)果清晰顯示了采空區(qū)以及斷裂構(gòu)造的分布情況。

關(guān)鍵詞：音頻大地電磁法；采空區(qū)；勘探

1 AMT法概述

AMT法是以天然交變電磁場為場源，當交變電磁場以波的形式在地下介質(zhì)中傳播時，由于電磁感應作用，地面電磁場的觀測值將包含有地下介質(zhì)電阻率分布的信息。而且，由于電磁場的集膚效應，不同周期的電磁場信號具有不同的穿透深度，因此，研究大地對天然電磁場的頻率響應，可獲得地下不同深度介質(zhì)電阻率分布的信息。由于它不供電，成本低，工作方便，不受高阻層屏蔽，對低阻層分辨率高，而且勘探深度隨電磁場的頻率而異，淺可以幾十米，深可達數(shù)公里。

2 地質(zhì)概況

勘查區(qū)大地構(gòu)造位置為中朝準地臺（Ⅰ）膠遼臺?。á颍┨雍印珳喗_陷（Ⅲ）的南部。出露的地層有新生界第四系、侏羅系下統(tǒng)長梁子組、上元古界青白口系釣魚臺組。第四系（Q4）主要由沖、洪積砂、礫石層組成，厚度2～10m。長梁子組是區(qū)域主要含煤地層。巖性為灰色、灰綠色中粒石英砂巖、灰色粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、灰色粉砂質(zhì)頁巖與黑色炭質(zhì)頁巖互層，夾砂巖及煤層，局部見礫巖及含礫石英砂巖。該巖組即為礦區(qū)主要含煤巖系，與上覆第四系呈角度不整合接觸，巖層產(chǎn)狀平緩，走向以近東西向為主。釣魚臺組（Qnd）巖性為白色-灰白色石英砂巖。

3 采空區(qū)工程地質(zhì)特征

在煤層埋藏較淺的礦區(qū)，由于小煤窯的隨意開采，存在許多不明采空區(qū)，這些采空區(qū)的存在對煤礦安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅，并對地面建筑、地面工程結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定造成危害。煤礦地下采空區(qū)破壞了地層原有的應力平衡，由此引發(fā)了采空區(qū)塌陷和持力層破壞等工程地質(zhì)問題。當煤層被采空以后，短期內(nèi)形成一定規(guī)模的充氣空間，造成采空區(qū)相應地層的電性與圍巖電性不同，經(jīng)過一段時間后，采空區(qū)上方巖層在重力作用下發(fā)生塌陷變形，致使巖層破碎并出現(xiàn)裂縫，地下水便沿破碎巖層和裂縫向采空區(qū)匯集并溶解大量的電解質(zhì)。在水解作用下，巖層中的鈣、鐵離子等呈游離狀態(tài)存在。因此充水采空區(qū)具有低阻高極化率的電性特征；由于垮落、斷裂及離層現(xiàn)象的存在，圍巖具有電阻率高、低極化率的特征，形變越大、電阻率越高。當斷裂帶不充水時，出現(xiàn)高阻特征，充水時呈現(xiàn)低阻特征，據(jù)此可確定采空區(qū)的邊界范圍。

4 音頻大地電磁測深法資料處理技術(shù)與解釋方法

4.1 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

音頻大地電磁測深法的數(shù)據(jù)處理采用加拿大鳳凰公司V8多功能電法儀配套的系列數(shù)據(jù)處理軟件SSMT2000及MTEditor來完成，SSMT2000以時間序列文件、標定文件、測點參數(shù)文件為輸入，生成傅立葉變換因子，然后從參考點的數(shù)據(jù)中用robust程序進行再處理，輸出MTPlot軟件可讀的數(shù)據(jù)處理文件，輸出文件中包含每個頻點的crosspower（一個單頻的疊加因子）。然后用MTEditor程序讀入SSMT2000程序的輸出文件，顯示電阻率、相位曲線、用來計算特定頻率對應的電磁參數(shù)的crosspower。該程序還可以查看許多其它的參數(shù)，例如傾磁場、道相關(guān)因子和極化方向。在MTEditor對電阻率及相位曲線進行數(shù)據(jù)編輯整理，之后輸出工業(yè)標準的EDI及PLT文件。通過MTsoft2D軟件對數(shù)據(jù)進行各種噪聲的識別，如儀器噪聲、天然電磁噪聲、人文噪聲、地質(zhì)噪聲（靜態(tài)位移、地形影響）以及非平面波引起的曲線畸變等。然后對數(shù)據(jù)進行處理包括：數(shù)據(jù)編輯、靜位移校正、地形校正等。本區(qū)電性呈現(xiàn)非均勻性，靜態(tài)效應較嚴重，對出現(xiàn)的畸變點和靜態(tài)位移已進行靜態(tài)校正。

4.2 數(shù)據(jù)解釋方法

數(shù)據(jù)解釋分三步：定性解釋、定量解釋和綜合地質(zhì)解釋。數(shù)據(jù)處理、定性解釋、定量解釋和綜合地質(zhì)解釋在實際資料解釋過程中是交叉或反復進行的，從而使數(shù)據(jù)解釋工作逐步深化。

5 成果解釋

12線AMT剖面反演電阻率普遍在50～5000Ω.m之間，剖面大體反映了地層、傾入巖體及構(gòu)造的分布情況（圖1）。

剖面1000～1300點的高阻異常電阻率在1000～5000Ω.m之間，推測為傾入巖體粗面巖（τ）所引起；1400～1600點低阻異常呈條帶

狀，電阻率在50～500Ω.m，淺部200m深度的低阻異常推測為充水性質(zhì)的采空區(qū)或者含煤地段。中深部異常向南傾斜，推測為含水構(gòu)造F所引起；剖面1500～1700點淺部中高阻異常呈條帶狀，封閉完整，向北傾斜，推測為采空區(qū)；剖面1700～2220點淺表高阻為地表不均勻體所致，深度300～0m處局部低阻異常推測為含煤地段，深部電阻率在1000～3000Ω.m推測為地下侵入巖體所致。

6 結(jié)束語

（1）AMT法反演電阻率能較好的劃分地層巖性界面，對采空區(qū)的勘探效果明顯，但受反演軟件等限制，結(jié)果存在一定的偏差。

（2）AMT法低阻異常對深部構(gòu)造斷裂的位置、規(guī)模、延深、產(chǎn)狀都有較好的顯示。

參考文獻

[1]黃力軍，陸貴福，劉瑞德，等.電磁測深方法在深部地熱資源調(diào)查中的應用[J].物探與化探，2004，28（6）：494-495.

[2]遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局.遼寧省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989.

[3]湯井田，何繼善.大地電磁法及其應用[M].中南工業(yè)大學出版社，2005，12.