利用三维地震及瞬变电磁法探查老窑、采空区及陷落柱

张昭 河北省煤田地质局物测地质队，河北 邢台 054000

目前，为了提高煤矿安全生产系数，国家要求煤矿企业兼并重组，这些重组后的煤矿采空区分布及含水情况比较复杂，必须对其进行探测，以保证煤矿安全生产、防治地质灾害发生和解决煤矿间越界开采等问题。

三维地震勘探技术，探测煤层构造和地质体精度高，可以查明落差5m以上的断层、查明直径大于20m的陷落柱、可查明采空区边界，被广泛应用于探查煤矿地质构造的一门成熟技术。

瞬变电磁法可查明构造含水情况，如煤矿采空区、陷落柱含水情况、深部不规则水体等。

将两种方法结合起来即可对煤矿采空区、陷落柱边界及含水情况做出探测，为煤矿开采提供技术保障。

下面以山西北祖煤矿三维地震及瞬变电磁综合勘探为例，说明利用三维地震及瞬变电磁法探查老窑、采空区及陷落柱时的具体应用。

1 地质概况及地震地质条件

1.1 地质概况

测区内地层由老到新为奥陶系、石炭系、二叠系、第三系及第四系，含煤地层为太原组和山西组，地层总厚度182.75 m，共含煤层（线）5～9层，煤层总厚度23.99 m，总含煤系数为13.13%。其中主采煤层4煤、9煤煤层间距0.38m～4.66m，平均1.50m。且在测区内合并为4-9煤，煤层厚度13.20m～15.78 m，平均14.38m。

1.2 地震地质条件

勘探区位于洪涛山脉的西侧，为典型的黄土丘陵地貌，黄土冲沟发育，地表最大相对高差169.76m。区内大部分由黄土覆盖，基岩零星出露于冲沟内。冲刷切割较为普遍，地形比较复杂；浅层大部为黄土，局部含卵砾石，测区东部部分区域浅层基岩风化破碎严重。黄土覆盖区不利于激发层位的选取，基岩和风化带不利于成孔；煤层的顶底板多为泥岩、砂岩，与煤层波阻抗差异较大，能够形成能量强、连续性好的煤层地震反射波，主要可采煤层4煤与9煤煤层间距小，因此4煤与9煤形成一组复合反射波（即T4-9）。

2 工作方法

2.1 工作原理

首先利用三维地震圈定老窑、采空区及陷落柱的范围，再利用瞬变电磁法对其范围进行确认，以确定其赋水性，排除老窑、采空区及陷落柱对煤矿开采的威胁。

三维地震激发方式采用井中高爆速炸药激发，60Hz高频检波器，BOX无线遥测数字地震仪接收。电法采用瞬变电磁法（简称TEM法）寻找低阻异常区，仪器采用加拿大产V8多功能电法仪。

2.2 三维观测系统的基本参数

本区主采煤层4-9煤的埋藏深度为150m～210m，观测系统定为：12线6炮制重点激发的束状观测系统，每线40道，道间距10m，线间距20m，偏移距10m，CDP网格5m×10m，纵向最大炮检距200m，横向最大炮检距170m，最大非纵炮检距262.48m。

2.3 瞬变电磁法（TEM法）的基本参数

瞬变电磁法（TEM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，在一次脉冲磁场间歇期间利用回线或电偶极接收二次场，该二次场是有地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳电磁场。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、规模、产状等。

通过对本区瞬变电磁野外试验的综合分析，确定本次电法基本施工参数为：发送线框边长选用120m×120m；发射频率选用单频25Hz；发射电流大于6A；固定增益选用22。测网布设采用点距40m，线距40m，即基本测网密度为40m×40m，另外在矿方提供的采空区上加密成20m×40m。

3 取得的成果

山西朔州山阴中煤顺通北祖煤业有限公司北祖煤矿经三维地震及瞬变电磁综合勘探后，勘探区内60%区域有不同程度的开采现象，在勘探区西部还发现一长轴大于320m的陷落柱，陷落柱经矿方验证实际存在；部分采空区富水性很强。

图1是采空区在时间剖面中的显示；图2是陷落柱在时间剖面中的显示；图3是视电阻率断面图，依据钻孔资料确定目的层所对应的电性层位，结合定性图件和已知地质资料分析含水岩层、导水构造的打至范围，再通过综合分析及结合计算的视电阻率正反演解释结果，最终解释含水层、导水构造的位置和深度；图4是本区综合解释成果图，区中灰色部分为三维地震圈定的采空区，黑色部分为瞬变电磁圈定的富水异常区。

图1 采空区在时间剖面上的显示

图2 X1陷落柱在时间剖面上的显示

图3 D8线视电阻率断面示意图

图4 综合解释成果图

4 结语

实践证明，利用三维地震勘探和瞬变电磁法勘探相结合的技术，能有效的解决煤矿采空区、陷落柱边界及含水情况等问题。为煤矿安全生产提供地质技术保障。

[1]陆基孟等.地震勘探原理及资料解释[M].北京:石油工业出版社,1991.

[2]蒋邦远.瞬变电磁法勘探[M].北京:地质出版社,1998.

[3]张昭等.山西朔州山阴中煤顺通北祖煤业有限公司三维地震及瞬变电磁综合勘探报告[R].河北邢台:河北省煤田地质局物测地质队,2004.