三維解釋技術(shù)在采空區(qū)富水性分析中的應(yīng)用

魏海民 嚴文成

摘要：文章針對甘肅省某礦區(qū)內(nèi)的煤礦采空區(qū)積水分布情況，利用瞬變電磁法（TEM）對區(qū)內(nèi)的采空區(qū)進行了探測，對于低阻特征的采空區(qū)，采用不同深度順層切片進行綜合分析，利用voxler軟件對處理之后的數(shù)據(jù)進行三維成圖解釋。結(jié)果表明，瞬變電磁法對采空區(qū)富水性分析有著較好的辨別能力，將三維解釋技術(shù)應(yīng)用于采空區(qū)探測及積水性分析中，可直觀清晰的識別采空區(qū)的空間位置，這為今后采空區(qū)積水分布情況的探測提供了新的解釋手段。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁法;三維解釋技術(shù);采空區(qū)富水性分析

The Application of 3D Interpretation Technology in Water-rich

Analysis of Goaf

WEI Haimin1 YAN Wencheng22

1. Yunnan Metallurgical Resources co.， LTD. Kunming Yunnan 650216

2. The 149th team of Gansu coalfield geological bureau Lanzhou Gansu 730020

Abstract：Based on the distribution of water in coal mine goaf in a mining area in Gansu province， this paper probes the goaf using transient electromagnetic method（TEM）. For the goaf with low resistivity， it conducts compre- hensive analysis with bedding sections of different depths. Voxler software is used to interpret 3d mapping of the pro- cessed data. The results show that TEM has a good ability to distinguish the water-rich analysis of goaf. The 3D inter- pretation technology can be applied to goaf detection and hydrological analysis， and the spatial position of goaf can be identified clearly and intuitively. This provides a new interpretation method for the detection of water accumulation in goaf in the future.

Keywords： Transient Electromagnetic Method; 3D interpretation technology; Water-rich analysis of goaf

1.引言

因長期以來小煤礦的隨意開采，又無資料可查，導(dǎo)致采空區(qū)的分布無規(guī)律可循，淺部采空區(qū)受后期地面水滲入，形成采空區(qū)積水，這給井下及地表工程的開展帶來了不可忽視的阻礙[1，2]。因此探明采空區(qū)富水情況，給下一步工程的開展提供指導(dǎo)依據(jù)，有著非常重要的意義。文章采用TEM對礦區(qū)內(nèi)低阻采空區(qū)進行了探測，從多角度展開分析解釋，確定了充水采空區(qū)的空間位置，為后期工程提供了指導(dǎo)作用，同時也為工程勘察提供了新的分析解釋方法。

2.方法原理

瞬變電磁法是利用磁源和電偶源向地下發(fā)送一次場，在一次場的間歇期間利用回線或偶極觀測二次渦流場，由于二次場包含有地下地質(zhì)體豐富的地電信息，通過信息提取和分析，從而達到探測地下地質(zhì)體的目的。

3.使用儀器及施工參數(shù)

本調(diào)查區(qū)使用V8多功能電法儀進行TEM數(shù)據(jù)采集。

結(jié)合調(diào)查區(qū)情況和勘探目標(biāo)深度（400m以內(nèi)），經(jīng)過多次試驗后確定了瞬變電磁法的施工參數(shù)：采用大定源回線裝置，發(fā)射源回線邊長240m×240m，在框內(nèi)三分之一范圍內(nèi)接收數(shù)據(jù)，線距40m，點距20m，工作基頻25Hz;供電電流4A～6A;采樣積分時間180s。

4.應(yīng)用實例

4.1工區(qū)地質(zhì)概況

工區(qū)地層由老到新主要沉積三疊系上統(tǒng)南營兒群、侏羅系（大西溝群、窯街組、新河組、苦水峽組）、白堊系（統(tǒng)河口群）和第四系（更新統(tǒng)、全新統(tǒng)）地層。其中，中侏羅統(tǒng)窯街組為區(qū)內(nèi)主要含煤層系，是本次探測的目標(biāo)層位，深度均在200m以內(nèi)。

4.2煤礦充水采空區(qū)電性特征

一般在煤層未被采動時，地層呈完整的層狀分布，同一地層的電性差異不會太大。而在煤層被采空后，煤層上下巖層間形成一定的裂隙，破壞了巖石的完整性、連續(xù)性，故該處電阻率表現(xiàn)出局部高阻特性;當(dāng)采空區(qū)的空隙被水充填，其電阻率則呈低阻反映[4]。

4.3采空區(qū)富水性分析

如圖1所示為TEM處理之后的數(shù)據(jù)體用voxler軟件在三維空間內(nèi)的效果圖。圖中紫色圈定部分為埋深小于120m（z≥-120m）、視電阻率值小于15Ω·m的低阻異常體分布范圍。其中西北邊呈東西走向條帶狀分布的低阻異常，在深度上與煤一層的位置吻合，鉆孔資料顯示在該異常100m上下有泥水和礦渣物質(zhì)存在，表明該異常區(qū)內(nèi)受地表水滲入，所以該低阻異常區(qū)富水性相對較好。

測區(qū)西南邊沿地層走向呈條帶狀分布的低阻異常，在深度上與煤一層位置吻合，該異常區(qū)內(nèi)無鉆孔資料，但是該異常區(qū)位于黨家水砂河河谷上，地表水補給條件相對較好，所以該低阻異常區(qū)富水性相對較好。

測區(qū)東部位于測線中部位置的低阻異常，呈西北-東南走向條帶狀分布，該區(qū)內(nèi)無鉆孔資料，但從地表能看見裂隙存在，認為該異常區(qū)也應(yīng)受地表水滲入，但富水性較弱，導(dǎo)致該異常區(qū)內(nèi)視電阻率略高于其他兩個低阻異常區(qū)的。

如圖2所示為不同深度的等視電阻率三維立體切片圖，圖中粉紅色區(qū)域為低阻異常分布區(qū)，從圖中可以看出，在垂深z=-180m等視電阻率平面圖上，明顯可見視電阻率ρs≤15Ω·m的低阻異常分布形態(tài)。然而在垂深z=-220m等視電阻率平面圖上，視電阻率ρs≤15Ω·m的低阻異常區(qū)基本沒有反映，這就說明測區(qū)內(nèi)相對含水的低阻采空異常區(qū)在垂深上未能影響到該深度。同樣垂深z=-260m等視電阻率平面圖上也無視電阻率ρs≤15Ω·m的低阻異常區(qū)特征反映。

綜上所述，認為勘查區(qū)解釋的低阻采空異常區(qū)，不論是相對含水的低阻采空區(qū)還是低阻層異常區(qū)，已基本影響不到垂深260m以深的礦井工程。

5.結(jié)論

經(jīng)過TEM資料處理，結(jié)合鉆孔、地質(zhì)及地表踏勘資料，從不同角度進行綜合分析解釋，得出以下結(jié)論：

（1）對于深度不超過300m的采空區(qū)探測，TEM有著較好的空間分辨能力，并能夠識別出相對圍巖呈低阻特征的異常，結(jié)合鉆孔、水文地質(zhì)資料可判斷低阻采空區(qū)富水性強弱特性。

（2）將voxler應(yīng)用于TEM數(shù)據(jù)成圖，可在三維空間內(nèi)直觀的識別高低阻異常區(qū)的空間位置，通過不同方式的成圖模式，可單獨凸顯出高阻采空區(qū)或低阻采空區(qū)，還可區(qū)分低阻采空區(qū)富水性強弱。

（3）通過三維成圖和不同深度等視電阻率立體切片綜合分析，可判斷富水性采空區(qū)影響的深度范圍，為下一步井巷工程提供施工指導(dǎo)作用。

參考文獻：

[1]王凱.瞬變電磁法探測煤礦充水采空區(qū)響應(yīng)特征分析[D].太原理工大學(xué)，2012.

[2]李合章.煤礦采空區(qū)對地面建筑物的影響及預(yù)防對策[J].煤炭技術(shù)，2013（09）：33-34.

[3]李貅.瞬變電磁測深的原理與應(yīng)用[M].陜西科技出版社，2002.

[4]?高建平.雙頻激電法探測煤礦采空區(qū)的試驗研究[D].太原理工大學(xué)，2007.

[5]?王路法，張杰，張日鵬.基于瞬變電磁法的采空區(qū)含水性勘探研究[J].能源與環(huán)保，2018，40（09）：117-121.

[6]?劉勇洪.瞬變電磁技術(shù)在底板采空區(qū)富水性探測中應(yīng)用[J].中國煤炭，2017，43（01）：41-44.

[7]?江球.瞬變電磁法在煤礦采空區(qū)富水性探測中的應(yīng)用[J].西藏科技，2012（10）：24-26.

[8]?郭勝軍.瞬變電磁法（TEM）在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].西部資源，2013（05）：85-86.

[9]?劉強，胡核，李卓群.瞬變電磁法在內(nèi)蒙古自治區(qū)阿巴嘎旗那仁寶力格煤田地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].西部資源，2013（03）：145-146+154.

[10]王成.水文地質(zhì)鉆探與瞬變電磁法在解譯新疆榆樹泉煤礦燒變巖含水層富水性的聯(lián)合應(yīng)用[J].西部資源，2015（05）：101-103.