高密度電法在張家口煤礦采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

段凌峰

摘要：河北省張家口煤礦眾多。煤礦開(kāi)采后，地下會(huì)留下采空區(qū)，隨著時(shí)間的推移，采空區(qū)的垮塌會(huì)造成地面下沉、裂縫，毀壞耕地、建筑物等設(shè)施，破壞生態(tài)環(huán)境。運(yùn)用高密度電法對(duì)其進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的勘查是非常重要的工作。通過(guò)反演推斷、鉆探驗(yàn)證確定采空區(qū)的范圍，并進(jìn)行了治理，勘查效果較好。

關(guān)鍵詞：煤礦;采空區(qū);高密度電法

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的深入發(fā)展，采空區(qū)沉陷是一種典型的地質(zhì)災(zāi)害，其治理和利用在我國(guó)屬難題，其所引發(fā)的嚴(yán)重問(wèn)題已經(jīng)引起國(guó)家有關(guān)部門的高度重視，治理工作也正在全面展開(kāi)。近年來(lái)眾多物探工作者對(duì)采空區(qū)勘探進(jìn)行了研究，取得了很多實(shí)用性的成果，如運(yùn)用高密度電法對(duì)采空區(qū)域進(jìn)行勘探和評(píng)價(jià)，確定其形態(tài)和位置是行之有效的方法手段。

1.地質(zhì)概況

勘查區(qū)屬?gòu)埣铱谂d隆山煤礦南緣。出露的地層有中～上元古界薊縣系與青白口系地層、中生界侏羅系地層及新生界第四系沖洪積、坡積物。其中，侏羅系下花園組為含煤地層。

工區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)（12）北部，燕山臺(tái)褶帶（II22）西端，宣龍復(fù)式向斜（Ⅲ24）的東南。構(gòu)造有：老三井背斜、古城梁西一興隆山七一井正斷層（Fl）、磁炮窯一夏家溝一雞鳴山逆掩斷層（F5）與馬鞍一興隆山逆掩斷層（F3）等。

測(cè)區(qū)主要受磁炮窯一夏家溝一雞鳴山逆掩斷層（F5）構(gòu)造控制。

本區(qū)的高位侵入巖即輝綠（玢）巖，其巖性特征為：風(fēng)化色褐黃，新鮮者呈暗灰綠色，巖石具輝綠結(jié)構(gòu)、微粒結(jié)構(gòu)和斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。肉眼可見(jiàn)黑云母和中性斜長(zhǎng)石斑晶，其大小為0.3×lmm～l×lmm?；|(zhì)致密，呈隱晶或微粒狀結(jié)構(gòu)。

2.地球物理特征

根據(jù)前期地質(zhì)資料綜合分析本次勘查地層，可知不同巖層具有不同的導(dǎo)電性，一般第四系黃土、泥巖、粉砂巖、中粗砂巖、頁(yè)巖、灰?guī)r、采空區(qū)（未充水）其電阻率值依次增高。煤層賦存于成層分布的煤系地層中。因此，當(dāng)采空區(qū)充水時(shí)則會(huì)出現(xiàn)局部低阻異常區(qū)，若煤礦采空區(qū)不充水則表現(xiàn)為高阻局部異常。這樣圍巖，采空區(qū)，積水區(qū)的電性差異明顯，這為利用高密度電法進(jìn)行探測(cè)提供了良好的地球物理前提。

3.工作方法與技術(shù)

本次電法工作使用儀器為重慶奔騰的WGMD-9高密度電法測(cè)量系統(tǒng)。

本次勘查面積500m×600m，方法采用高密度電阻率法，觀測(cè)參數(shù)為視電阻率（ ps），點(diǎn)距l(xiāng)Om。本次測(cè)量采用溫納裝置，測(cè)量深度與剖面可布置長(zhǎng)度關(guān)聯(lián)，測(cè)量斷面為倒梯形顯示。物探測(cè)網(wǎng)網(wǎng)度為30m×lOm，測(cè)線方向東西向。測(cè)網(wǎng)編號(hào)方法：測(cè)線號(hào)由南向北方向遞增，測(cè)點(diǎn)號(hào)由西向東方向增加。

對(duì)所取得的各種資料進(jìn)行綜合整理、歸類，編制各類成果圖件。

4.資料解釋

4.1異常特征

由圖l顯示，全區(qū)電阻率在水平方向和垂直方向上變化均較大，在十幾歐姆米到上百歐姆米之間變化，總體表現(xiàn)為淺部多見(jiàn)低阻、中部高阻低阻相間、深部多見(jiàn)于低阻的特征;在同一深度范圍內(nèi)多見(jiàn)北部低阻，南部高阻的電性特征。

全區(qū)淺部大部分地區(qū)均被第四系覆蓋，電阻率值較低，部分地段電阻率值相對(duì)較高，呈窩狀分布。下方的煤系地層形成大范圍的水平低阻區(qū)，電阻率值一般小于50Ω·m。煤系地層中存在采空高阻區(qū)和存水低阻帶。下部極高阻區(qū)可能為巖體隆起。

由工作區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果可知，本區(qū)地下水位較淺，已開(kāi)采煤礦的埋深一般在50m～70m之間，低于地下水位，因此本區(qū)的采空區(qū)含水性較好，采空區(qū)呈現(xiàn)相對(duì)低阻異常特征。由于本區(qū)煤礦未完全開(kāi)采，各采空區(qū)并未連城一體，因此不排除出現(xiàn)相對(duì)隔水性較好的不充水或充水較少的采空區(qū)，呈現(xiàn)相對(duì)高阻特征。

4.2采空區(qū)的推斷

結(jié)合本區(qū)相關(guān)資料及推斷解釋圖，對(duì)物探勘查結(jié)果進(jìn)行了綜合研究分析，結(jié)合已知采空區(qū)成果，推斷該區(qū)地下煤礦采空區(qū)大致在50m～70m之間，在該深度的電阻率值大致分布情況是北低南高，低阻異常區(qū)為充水采空區(qū)，高阻異常區(qū)為未充水采空區(qū)或含煤地層下伏完整基巖。

本測(cè)區(qū)內(nèi)地形相對(duì)簡(jiǎn)單，但人文環(huán)境復(fù)雜，各類建筑物、高壓線分布較多，對(duì)測(cè)線的布設(shè)影響較為嚴(yán)重，這些均會(huì)對(duì)瞬變電磁與高密度電法數(shù)據(jù)的采集產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，瞬變電磁法與高密度電法均是基于地質(zhì)體的電性差異進(jìn)行異常解釋的，引起地質(zhì)體電性差異的因素很多，因此結(jié)果往往具有多解性。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，對(duì)采空區(qū)的推斷成果應(yīng)結(jié)合采礦、鉆探成果及時(shí)進(jìn)行修正，提高報(bào)告成果的質(zhì)量，力爭(zhēng)為采空區(qū)的治理工作提供精確、翔實(shí)、全面的物探基礎(chǔ)資料。

5.結(jié)論

（1）本次工作以煤礦礦采空區(qū)為探測(cè)目標(biāo)，投入了瞬變電磁法和高密度電法勘查工作，完成了目標(biāo)任務(wù)，取得了可靠的原始資料?；玖私饬斯ぷ鲄^(qū)范圍內(nèi)采空區(qū)的分布特征及其在地下垂向上的分布規(guī)律，通過(guò)綜合研究，推斷了采空區(qū)范圍。為該區(qū)采空區(qū)的后續(xù)治理及開(kāi)發(fā)提供了較為翔實(shí)的基礎(chǔ)資料。（2）勘查埋深lOOm以淺，圈定了視電阻率異常區(qū)，結(jié)合水文調(diào)查推斷西部異常區(qū)為煤礦采空區(qū)，埋深約40m～70m;東部?jī)商庉^小異常區(qū)推斷為煤礦采空區(qū)或基巖隆起帶，埋深30m以下。（3）物探工作與期調(diào)查和水文地質(zhì)成果緊密結(jié)合，相互印證，反映了異常的埋深及空間分布情況，并建議了驗(yàn)證鉆孔位置。（4）通過(guò)本次綜合工作推斷認(rèn)為，本區(qū)西部采空區(qū)范圍大，東部范圍小且逐漸尖滅，為下一步工作確立了指導(dǎo)方向。（5）由于測(cè)區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，高壓電線分布多，地上未拆遷房屋較多，因此勘探線只能沿小路曲折布置，這會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的采集及推斷產(chǎn)生影響或誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅良魁.激發(fā)極化法[M].地質(zhì)出版社， 1982.

[2]張勝業(yè)，潘玉玲.應(yīng)用地球物理學(xué)原理[M].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2004.

[3]劉天佑.地球物理勘探概論[M].地質(zhì)出版社，2007.

[4]李金銘.地電場(chǎng)與電法勘探[M].地質(zhì)出版社，2003.

[5]劉國(guó)興.電法勘探原理與方法[M].地質(zhì)出版社，2005

[6]李金銘.激發(fā)極化法方法技術(shù)指南[M].地質(zhì)出版社，2004.

[7]王宏宇，李濤.雙頻激電法在西澳礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用[J].物探與化探，2016，40（5）：923-928

[8]李星，王峰，羅大鋒，et a1.綜合物探方法在云南江城隱伏鉛鋅礦勘查中的應(yīng)用[J].物探與化探，2015，39（6）：1119-1123.

[9]何俊美.綜合物探方法在金屬礦評(píng)價(jià)中成功應(yīng)用實(shí)例[J].西部探礦工程，2006，18（s1）：230-232.

[10]顏廷杰，王賽昕，馬一行，et a1.人文干擾對(duì)電法勘探的影響及應(yīng)對(duì)措施[J].礦產(chǎn)勘查，2016， 7（4）：634-639.

[11]何友宇，姜必廣，周錫平，et a1.衡陽(yáng)盆地鹽田橋礦區(qū)地質(zhì)物化探綜合找礦效果[J].物探與化探，2016， 40（4）：681-687.