瞬变电磁法在云南镇雄矿区探测陷落柱中的应用

瞬变电磁法在云南镇雄矿区探测陷落柱中的应用

雷光学张正国

云南省一四三煤田地质勘探队

摘要：在煤矿的开采过程中，查明断层、陷落柱等地质构造的意义重大，可以指导煤矿合理布局工作面，提高工作效率。通过瞬变电磁法，结合了地面调查和地质钻探等辅助手段，可以准确地确定陷落柱的位置、形态，并经过实际井下实际揭露验证，证明瞬变电磁法在探测陷落柱方面效果良好。

关键词：瞬变电磁，陷落柱

1理论基础

1.1电法勘探的原理及前提条件

不同的岩层具有不同的电阻率，电法勘探就是通过测定地下不同地点不同深度的电阻率的差异来达到寻找目标地质体的目的。瞬变电磁法属于时间域电磁感应法，它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲场间歇期间利用回线或电偶极接收感应二次场，该二次场是由地下良导体受激励引起的涡流所产生的非稳定电磁场，通过对观测到的随时间变化的二次场信号的变化，就可以判断出地下地层的电性变化及不均匀地质体的分布情况。通过对反映地电断面变化的瞬变电磁曲线的分析，可以了解深度方向上地质剖面的特征。

理论上讲，干燥的岩石、煤层和空气的电阻率相对极大，但实际上岩石的孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石的湿度或者含水饱和度的增加，电阻率急剧下降。煤层顶、底板岩层完整时其电阻率较高，采空区即如此，当受采空区的影响，砂岩常发育有破碎裂隙，破碎程度及其含水的饱和度越大（砂岩富水性增强），岩石的导电性会显著增强，地层电阻率明显降低。一般来说，富水采空区或含水岩层的电阻率远小于不含水周围围岩的电阻率，这是电法评价采空区富水性的物理依据。

富水性及其它含水构造本身是一有限导电地质体，其瞬变电磁响应上覆岩石表现为高阻或低阻异常特征。当含水时电阻率较小，集流响应的支配作用使瞬变电磁异常特征更为明显，加上含水岩体上经受激发极化效应的影响，含水岩层上甚至可以测量到负的瞬变电磁响应，有利于这类地质体的探测。当出现含水构造时较正常岩石电阻率变小，具有低阻特征，在瞬变电磁响应曲线表现为衰减慢的特征。

1.2本区地层电性特征

根据该矿区岩性特征及收集的一些地层物性参数，一般含煤地层视电阻率介于100～200Ω.m，采空垮塌区域视电阻率大于200Ω.m，充水采空区及地层含水视电阻率介于90Ω.m以下，本测区横向上区内地层沉积相对较为稳定，在正常情况下，其横向上电性差异应较小。但同一地层随富水程度的不同，其电阻率差异明显，变化范围较大，这一电性差异是我们利用电法寻找同一地层中异常地质体的基础。

1.3瞬变电磁法异常解释原则

采空区在视电阻率拟断面图上表现为“相对高阻异常或高低阻闭合圈、半闭合圈相间分布或等值线不连续”等，积水区或富水区在视电阻率拟断面图上表现为“低电阻异常”。以此作为资料分析解释的依据对所测的曲线进行分析解释。

2实例

探测区属于镇雄矿区北部井田西段采区，表层为第四系主要为滑坡—崩积层，厚度在大于5m，下覆地层为三叠系飞仙关组、二叠系长兴组、龙潭组、峨眉山玄武岩组。本次瞬变电磁测量仪器选用武汉地质大学生产的CUGTEM-8瞬变电磁仪，采用重叠回线装置，该装置具有轻便、高效、抗干扰能力强的特点，线框边长为5m，供电电流200A左右，点距50m。

从下图1线拟断面异常等值线图可见，总计测点16个，其中3-6点、9-10点在+1650m水平左右存在低阻异常，分析为煤层含水反映，12-16点+1700水平左右存在低阻异常，结合地质资料，分析为陷落柱含水异常，+1600水平以下局部低阻异常为下部岩性含水反应，其余地段的视电阻率值介于二者之间，分析为含煤地层段岩层的电性反映。

从下图1线拟断面异常等值线图可见，总计测点16个，其中8-12点在+1700m水平左右存在高阻异常，分析为煤层采空垮塌反映，14-16点+1700水平左右存在低阻异常，结合地质资料，分析为陷落柱含水异常，+1600水平以下局部低阻异常为下部岩性含水反应，其余地段的视电阻率值介于二者之间，分析为含煤地层段岩层的电性反映。

考虑到煤层顶底板岩性含水及其是否存在上下沟通的含水陷落柱和断层等异常，因此本次探测目的层为C5b煤层水平、C5b煤层顶板50m水平、C5b煤层底板50m水平绘制了顺层切片图。

通过对三个水平的顺层切片图分析，低阻异常区的面积从上到下逐渐增大，符合含水陷落柱发育的规律，该矿进行了井下钻探验证，结果表明对陷落柱的定性及位置确定可靠效果良好。

3、结语

总之，瞬变电磁法因其具有受地形因素，体积效应影响小，抗干扰能力强的特点，能穿透高阻覆盖层，对低阻反映灵敏等独特优势，迅速发展成为一种高效，快捷的物探方法。虽然瞬变电磁的优点明显，但是单一的物探方法往往对地质异常体很难定性，必须辅助地面调查、钻探等手段，对地质异常体进行综合解释。随着研究工作的不断深入，瞬变电磁法对该区陷落柱的探查有良好的效果。

参考文献：

[1]杨志国，于勤智瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用，西部探矿工程，2015年第8期；

[2]杨振威，吕庆田，凌标灿，王猛，王立强，瞬变电磁法在探测底板赋水性中的应用，辽宁工程技术大学学报（自然科学版），第30卷第4期。