TEM与测氡在孝义矿区采空区勘查中的应用

侯 云 英

(山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044004)

TEM与测氡在孝义矿区采空区勘查中的应用

侯 云 英

(山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044004)

介绍了瞬变电磁法和测氡法的勘探原理及其在采空区上的理论响应特征，通过实例分析了瞬变电磁法结合活性炭测氡法在煤田采空区勘探中的综合应用效果，指出两者在采空区探测中异常对应较好，探测结果一致，两者结合应用于采空区探测中可取得最佳的效果。

瞬变电磁，测氡，煤田采空区

瞬变电磁法以其经济、实用，且对水的敏感性好的优势，近年来已被广泛的应用于煤田采空区富水的勘查中，但其物探方法单一，对异常的划分具有一定的局限性。本文主要介绍了瞬变电磁法结合活性炭测氡法在晋中南煤矿采空区及其富水情况勘探中的综合应用效果。

1 瞬变电磁法

1.1 勘探原理

瞬变电磁勘探法是一种利用电磁感应预测地下矿产及地下地质体的地球物理勘探方法。它是在地表敷设不接地线框或接地电极，输入阶跃电流，然后将回线中的电流突然断开的瞬间，在地下产生二次感应场，利用不接地线圈或仪器探头来观测地下二次场随时间变化的情况，以此来研究地下地层的电性特征，分析地层情况和地质构造情况，以达到解决地质问题的目的。

1.2 采空区电性理论特征

岩层与煤层采空区、采空富水区、空洞、塌陷、裂隙带之间的较大电性差异是利用瞬变电磁法勘探的地球物理前提。当地层在横向上分布较均匀，无空洞、裂隙发育时，电阻率则在水平层上分布均匀一致，无弯曲和凸凹等突变现象。当煤层被采出后，在岩层内则形成一定范围内的空洞，产生地层电性特征的变化，在空洞区形成相对高阻区域。围岩因煤层的采掘受到一定的扰动，稳定性变差，应力发生变化，随着时间的推移，在地球重力的作用下则会产生塌陷和裂逢，地表水、地下水就会沿着裂缝和透水地层涌入空洞，此时地层电性特征又会发生变化，在富水空洞及充水裂隙区域显示相对低阻特征。瞬变电磁法就是利用煤层采掘前后地层电性特征的变化，来寻找煤层采空区及富水区。

2 活性炭测氡法

2.1 勘探原理

氡是一种无色、无嗅、无味的放射性气体，也是一种惰性气体，常规条件下不易参加化学反应，但能被固体物质所吸附，其中活性炭等固体物质吸附氡的能力较强。主要是由于活性炭和氡都为非极性物质，这两种物质相互接近时，其分子和原子在电力转动和核振动的作用下，发生电子与电子核之间的相对位移，产生瞬时偶极而产生色散力，氡就是在接近活性炭时被活性炭产生的色散力所吸附。根据活性炭中吸附氡数值的大小，可知所测地区氡气的含量，进而推断地下地质构造情况。

2.2 采空区氡理论特征

一般来讲，煤是在还原条件下形成的，且呈褐色或深褐色，所以煤中含有较高的放射性元素。氡是由放射性元素镭衰变来的，而氡又继续衰变并产生系列子体。且氡具有很强的纵向运移能力，其向上运移能力大于向下运移能力,纵向运移能力大于横向运移能力。这为测氡技术在煤矿采空区上的应用提供了一定的前提条件。煤层被采掘后形成空洞，围岩受到一定扰动，发生应力变化产生塌陷和裂隙，为氡从周围地层向采空区运移及由采空区向地面的运移提供了储集区和通道，使得采空区上方出现氡异常区。总之，通过各种作用，氡气元素由周围地层向采空区移动，在采空区内富集，再由采空区向地表运移，在地表形成一个与采空区形态相应的氡异常区。因此，可以通过测量地表氡元素的浓度(实际是测量氡及其子体衰变所释放的γ射线的强度)来圈定煤矿采空区的位置和范围。

3 探测区概况

勘探区属山西省孝义市阳泉曲、西泉、驿马及柱濮乡(镇)管辖，西南邻交口县西逻、李家坡村，南邻灵石县东逻、金庄村。地处吕梁山中段之西麓，地形地貌属黄土高原低山丘陵区，由大型冲沟相间组成，地势陡峻，北高南低，冲沟发育，地形复杂。区内最高点为西北部高唐板村北梁顶，海拔1 206.20 m，最低点处于南部李家沟河河床，海拔为882.69 m，相对高差为323.51 m。勘探区内绝大部分为新生界覆盖，仅在较大沟谷中有二叠系下统下石盒子组和山西组部分地层出露。据钻孔揭露地层资料，基岩地层主要有古生界二叠系上统上石盒子组、下统下石盒子组和山西组、石炭系上统太原组、中统本溪组及奥陶系中统峰峰组、马家沟组。勘探区内主要含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组和二叠系下统山西组。

4 资料处理

1)瞬变电磁资料处理。本次瞬变电磁资料处理采用加拿大GEONICS公司生产的PROTEM EM-67瞬变电磁系统自带软件进行资料处理。本次数据处理流程主要包括：滤波、关断时间校正、圆滑、视电阻率的计算、时深转换、反演、地形校正、绘制参数图件。

2)测氡资料处理。氡气测量的资料处理采用太原理工大学测氡课题组研制的专用测氡数据处理软件，对测氡数据进行处理，数据处理包括预处理阶段和成图阶段，活性炭测氡数据的预处理[1]是将测量回来的单个测量点的数据提取成报告中所需的数据，进行时间校正(输入埋杯、取杯时间)，以消除各测点因埋杯、取杯及衰变时间的不同造成的误差，主要包括标准化处理、归一化处理、仪器校正、实测γ强度的修正(时间校正)、均滑处理等方面。最终绘制出各测线剖面图和平面等值线图。

5 应用效果

图1和图2分别为本勘探区3线、4线瞬变电磁测深成果断面图及相对应的测氡曲线图。由瞬变电磁测深断面图可看出从1 400点～1 500点间，视电阻率等值线明显向下弯曲，同一深度层上其明显显示为相对低阻，推断此处为积水采空区，其相对应的测氡曲线值较高，氡值基本在1 100个计数/3 min以上，此处为氡值异常区。此处瞬变电磁探测结果和氡值探测结果对应较好，因此圈定此处为低阻采空异常区，后经矿区资料调查和实地验证，此处为一积水采空区。

图3为勘探区550线瞬变电磁测深成果断面图及相对应的测氡曲线图。图中圈定区域为视电阻率高值区与氡高值区，两者相对应较好，因此推断图内圈定区域为高阻采空异常区，结果有待进一步验证。

6 结语

通过对本矿区进行地面瞬变电磁法和活性炭测氡法两种物探方法的综合勘探，综合解释对比，可知，瞬变电磁法和活性炭测氡法在本区采空区探测中异常对应较好，探测结果一致。通过以上实例分析，可以说明，将瞬变电磁法与测氡法两者结合应用于采空区探测中可以取得良好的勘探效果。

[1] 杨建军，申 燕，刘鸿福.测氡法和瞬变电磁法在探测煤矿采空区的应用[J].物探与化探，2008，32(6)：661.

[2] 段鸿杰,唐岱茂,曹为民.测氡技术圈定采空区影响边界的应用[J].华北地质矿产杂志，1999，14(1)：71.

[3] 张志强.瞬变电磁法在凤凰山矿采空区防治水中的应用[J].山西焦煤科技，2010(10)：11.

The application of TEM prospecting and activated carbon adopting radon about the exploration of the coalfield goaf

HOU Yun-ying

(GeophysicalandGeochemicalExplorationInstituteofShanxiProvince，Yuncheng044004，China)

This paper introduced the exploration principle of transient electromagnetic method and radon measurement method and its theory response characteristics in gob, through the example analyzed the comprehensive application effect of transient electromagnetic method combined with the active carbon radon measurement method in coalfield gob exploration, pointed out that the two methods in gob detection had anomalies correspond, the detection results were consistent, both used in gob area could get the best effect.

transient electromagnetic, radon measurement, coalfield gob

1009-6825(2014)30-0091-02

2014-08-14

侯云英(1984- )，女，工程师

TD163

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