瞬变电磁、EH4在新疆伊南煤田阿尔玛勒煤矿采空区勘探中的应用

袁忠　孙鹏飞　贾智勇

摘要：阿尔玛勒煤炭勘查区位于新疆伊犁盆地南缘伊南煤田东段。矿区出露的地层主要为第四系、上第三系、侏罗系、三叠系、二叠系及零星的石炭系。南部、东北部含煤地层与基底石炭系、二叠系呈不整合接触关系。开采地段内未发现有断裂构造，构造类型初步可确定为简单类构造。根据物探勘探原理：不同岩性的地层或地质体的电性特征是有差异的（如煤层的电阻率值是砂泥岩层的数倍），利用EH4和瞬变电磁等物探综合方法，依据多数据解释及矿区地质条件和收集以往煤矿开采资料来确定勘查区的采空区及隐蔽地质灾害，为煤矿安全生产提供依据。

关键词：伊南煤田；电性特征；EH4；瞬变电磁；采空区

1. 勘查区概况

勘查区内多有煤层和火烧岩露头出露，在这些露头区附近，长期以来有许多小煤窑开采，煤矿业主成份复杂，多数为乡镇和个体小煤窑，部分已采空报废。地面上出现较多塌陷坑，大部分亦无法寻找煤窑口和具体开采深度与厚度，有些久远的废采坑在地表残留迹象很少，大多数已无资料可查。地面上出现较多塌陷坑，大部分亦无法寻找煤窑口和具体开采深度与厚度，有些久远的废采坑在地表残留迹象很少。根据现场调查与资料收集研究，认为20世纪90年代以前集体企业或私人开采的小煤窑，一般开采深度不超过300m，总体上多呈近东西向开采，以埋藏较浅的M8、M9、M10煤层为主。

2. 地球物理电性特征

根据以往的地质资料和少量工程钻探，区内地表浅层为第四纪沉积层，其下伏基岩为下第三系和白垩系地层，但厚度较薄，采空区主要位于侏罗系地层内，该地层厚度较大，岩性包括泥岩、砂岩。根据搜集整理的伊犁盆地南缘各地层（表2-1）及不同岩石（表2-2）电性参数统计结果可以看出：

（1）第四系為现代冲积物、新近系为杂色砾岩，电阻率呈中高值，侏罗系中下统水西沟群的电阻率较低，而盆地基底的电阻率最高。因此本区存在两个明显的电性界面，一是侏罗系顶板与第四系及新近系之间的电性界面，二是基底与盖层之间的电性界面。

（2）不同岩性间的电阻率差异较大，泥岩的平均电阻率13.78Ω·m，而煤的平均电阻率177.0Ω·m，两者相差10倍多。碎屑岩的电阻率随粒度的增大而增大，如粉砂岩的平均电阻率24.8Ω·m，粗砂岩的平均电阻率51.22Ω·m，相差一倍以上。同一岩性的岩石由于透水性、压实度及组成物质的多样性，电阻率也具有较大的差异。水西沟群的煤层电阻率呈高值，是区域上的电性标志层。

（3）采空区的电性特征：根据采空区展布特征及以往工作经验，采空区的电性特征具有以下几种情况；①采空区采硐形成的空洞保存完好，其电阻率远大于围岩的电阻率，与围岩形成明显的电性差异；②采空区内部分充水或被充填物充填或采硐部分坍塌改变了原采硐的形态。充水和充填物一般含水呈显低阻；而未充填部分则仍为高阻，在其上方呈现较为复杂的异常形态。③采空区完全被充填或坍塌，由于充填物含水呈低阻与围岩形成的高阻异常有明显差异。没有采空区分布的地区，地层和煤层正常产出，不显示电性异常。

3. 成果概略性推断解释及验证

3.1 瞬变电磁异常验证

根据瞬变电磁工作所得异常圈定的采空区由以下三种方式加以验证：

3.1.1 地表塌陷

地表塌陷处均在已圈定采空区范围内部，地表有塌陷说明采空区埋深浅。例如，T1测线桩号50～100处地表见明显塌陷坑（如图3-1），视电阻率拟断面图上该位置处有明显高阻异常与之对应。

3.1.2 已有井下采掘平面图

根据已有井下采掘平面图上所标示的采掘面平面位置，结合瞬变电磁各条剖面视电阻率拟断面图圈定的高阻异常，来判断高阻异常是否由采空区引起。如图3-2，T54测线桩号625～775处有明显的高阻异常圈闭（异常编号G54—3），在井下采掘平面图中，该位置处有原回民乡煤矿开采巷道通过，巷道标高1295.61m。两相印证，说明该处存在采空区。

3.1.3 钻孔验证

工作区内见采空区钻孔共有两处，编号分别是ZKS-1102及ZKS-1108。其中ZKS-1102号钻孔位于T64测线6号测点西北4m处，该钻孔在70m～75m深度处见一采空区。如图3-3，T64测线视电阻率拟断面图上在该处也有高阻异常圈闭。

ZKS-1108位于T22测线39号测点东4m处，该钻孔在70.8-73.1m深度处见一采空区，与G22-4号异常吻合（图3-4）。

3.2 EH-4异常验证

对ZK305钻孔资料与过孔剖面进行对比分析，图3-5为EH13线1600m～2400m段反演电阻率断面图，从图中可以看出，浅部薄层反演电阻率高阻层为第四系干燥的砂、砾、泥冲洪积层的反映。在平距2100m附近埋深约90m处出现高阻异常，其形态近于椭圆形，反演电阻率大于70Ω·m，异常的背景值为20Ω·m～40Ω·m。ZK305孔位于测线2100m处，钻孔揭示在孔深81m时钻遇一采空区。反演电阻率高阻异常与钻孔钻遇的采空区有较好的对应关系。ZK305的验证结果表明采空区在断面图上的表现为局部近圆形高阻体的依据是正确、合理的。EH-4野外工作时对各测线进行地表调查，发现各条测线上均分布有很多塌陷坑，或煤矿矿洞和通风口，这些都是采空区在地表的直接标志，并且这些塌陷坑、煤矿矿洞和通风口对应在断面图位置上的断面形态与采空区的电性特征极为相似，因此可以推断为采空区。EH-4野外工作时还对各测线进行地表调查，还发现EH1线及EH11线地表有烧结岩分布，而（下转74页）（上接16页）烧结岩是火烧区的直接标志，烧结岩分布的区域在断面图上对应位置显示为高阻薄层特征，这正是火烧区解释推断的依据。

通过以上实例分析，我们可以看出使用EH-4测量方法探测采空区满足地球物理工作的前提，EH-4测量方法探测采空区工作中取得了良好的效果，EH-4测量成果也得到了钻探验证，说明本次煤矿采空区勘探工作所选择的方法技术恰当、合适，圆满完成了采空区勘探的工作任务。由此可见EH-4测量技术具有探测采空区的可行性。

4. 结论

4.1 瞬变电磁勘探工作结论

采用多种地球物理方法对采空区进行综合探测，并综合各种地球物理方法的优点对采空区进行解释。工区浅部低阻区域具有从地表水沟向地下扩散的特征，可利用瞬变电磁法对低阻灵敏异常，横向分辨率高的特点对其进行勘探解释，说明其水的补给与地表径流紧密相关，后期处理应注意疏导。

4.2 EH—4勘探工作结论

通过搜集前人在该区使用EH-4连续电导率剖面仪进行已知采空区探测试验资料，以及本项目钻孔钻遇的已知采空区与实测的EH-4资料对比分析认为，本勘探区采空区在反演电阻率断面图中为近于圆形或椭圆形的相对高阻异常特征，与沉积地层电性差异明显。使用EH-4仪器进行的音频大地电磁测量能够达到对采空区探测的工作目的。

EH-4资料对本勘探区局部地段分布的煤炭火烧区同样有较好地反映。根据野外实地观察与EH-4实测资料对比分析认为，煤炭火烧区在反演电阻率断面图中表现为浅部局部地段的薄层高阻异常电性特征，并以高阻层盖的形态分布于反演电阻率断面图的顶部，煤田火烧区在地表的电性特征明显。

通过煤矿采空区探测工程验证，最终取得了较好的勘探效果，说明采空区综合地球物理探测技术可为煤矿采空区勘探提供可靠地地质资料，同时也为今后解决煤矿采空区水区文体提供了可以借鉴的经验。

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