综合物探在煤矿采空区的应用实例

综合物探在煤矿采空区的应用实例

山西省地质调查院

何进

汇报内容

1、前言

2、地质及地球物理特征

3、工作参数选择试验

4、采空区的物探异常特征

5、采空异常分类

6、奥陶系灰岩标志层的重要性

7、体会

1、前言

目前，在地面探测煤矿采空区较为有效的物探方法主要有：瞬变电磁法、直流电法(高密度电法、电测深等)、氡气测量法、地震勘探等。但单靠其中一种方法往往难以取得显效果，一般都应采用综合物探的方法才能解决问题。即使同一方法，也可以不同的参数展现或突出采空异常特征。

本次汇报就以山西北部中煤集团水泉煤矿采空区物探工作中各方法的应用效果加以对比，总结各方法采空异常特征及最优方法组合。

2、地质及地球物理特征

工作区位于山西朔州东北40km 处洪涛山的西侧，处于大同煤田西南部，为典型的黄土丘陵地貌，基岩出露很少。本区表层由于干燥，视电阻率偏高，下部的二叠系石盒子组山西组地层以砂岩、泥岩互层为主，为中低阻反映，视电阻率呈向下逐渐降低的趋势；石炭系太原组

为煤系地层，图1 工作区地貌特征图

视电阻率呈平缓微升的趋势；奥陶

系地层以灰岩为主，电阻率最高，

视电阻率呈急速抬升的趋势。整套

地层的电性在纵向上呈现由高—

低—中—高的HA 型特征反映。

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3、工作参数选择试验

本区物探工作以大定源瞬变电磁工作为主，结合测氡法扫面及高密度电法剖面进行测量。瞬变电磁仪器采用加拿大GEONICS公司生产的PROTEM EM-67瞬变电磁仪。

（1）瞬变电磁发射框选择

首先进行发射框300m×300m及400m×400m两种发射边框的选择试验，并且与直流电法进行了对比，试验结果见图3。

由图可见，300m框与400m框的衰减曲线相近，视电阻率曲线相似，对细节的反映也相同，且与该点处的直流电测深曲线所反映的电性特征基本吻合。

由瞬变电磁与高密度电法对比可以看出，两种方法均对高低阻分界面有较清晰的反映，基底的高阻反映也均明显，300m框与400m框均适用于本区工作。

300

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300号点（D01）直流电测深曲线图

3 S1

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度

电

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、

直

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O2灰岩

O2灰岩

（2）发射基频选择

6.25Hz 和25Hz 两种发射频率的对比试验曲线见图4。其中，左为衰减曲线，纵、横坐标分别为断电后二次磁场垂直分量的时间变化率dBz/dt 和延时时间t ，视电阻率曲线图的纵、横坐标分别为视电阻率ρs 和视深度h 。从曲线看，两种频率的衰减曲线非常接近，均为30门观测；区别只是25Hz 的观测时段为6.8 μs ～7ms ，反演解释深度小于500m ，但浅部反映明显；而

6.25Hz 的观测时段为36 μs ～2

7.9ms ，反演解释深度虽然大，但盲区也大，图4 S1-300点6.25Hz 和25Hz 两种发射频率的对比试验曲线图

（其它参数均统一为：发射框400×400m 、发射电流15A 、增益2、积分30s ）

40m 以浅基本无反映。

考虑到本区目的层埋深

均小于350m ，因此选择

25Hz 发射频率较为合适

，并且，在相同的积分

时间内，25Hz 的叠加次

数要明显高于6.25Hz ，

有利于数据采集质量。

（3）发射电流选择试验

发射电流的变化主要是影响二次场的信噪比及发射机的关断时间，不同发射电流的对比试验曲线见图5。由图可见，三种不同电流的早期曲线首很相近，但晚期有所不同，15A和20A的相近，而10A的畸变较大，表明10A 晚期信噪比较低，质量下降，不可选用。15A和20A的曲线均呈圆滑衰减，晚期信噪比较高，但20A的关断时间

较长，因此本区选择15A作为发射电流较为合适。

图5 不同发射电流的衰减曲线对比图（其它参数均为：发射框400×400m、发射频率25Hz、增益2、积分30 s

）

（4）积分时间选择

积分时间主要是影响二次场采集的叠加次数和工作效率，不同积分时间的对比试验曲线见图6。由图可见，三种不同积分时间的曲线大部分几乎重合，但晚期曲线有所不同，15s的畸变较大、质量下降，不可选用。30s和60s的晚期曲线均呈圆滑衰减，质量可靠，但60s的观测时间较长，影响工作效率，

而30s的观测时间较为适中，可以保证干扰得到有效压制，观测数据稳定可靠。

图6 不同积分时间的衰减曲线图

（其它参数均为：发射框400×400m、发射电流15A、发射频率25Hz、增益2

）

（5）增益的选择

因EM67仪器为手动调节增益，为保证早期数据不溢出，晚期数据能保证质量，需根据工区一次场情况进行调节。图7为三种不同增益的衰减曲线。

图中，大部分曲线段均重合，但晚期信号存在差别，增益1的观测精度较差，晚期曲线出现畸变，不适合选取。而增益3在一次场较强时早期信号易削顶

溢出。因此选择增益2较为适中。

图7 增益为1、2、3的衰减曲线图

（增益1、2、3分别对应于3D接收线圈基本增益×20、×21、×22。其它参数均为：发射框400×400m、发射电流15A、发射频率25Hz、积分时间30s ）