CSAMT法在丁蜀矿采空区勘查中的应用

2019-11-27王长风

中国金属通报 2019年10期

王长风

（安徽省地质矿产勘查局326地质队，安徽安庆 246003）

可控源音频大地电磁法（CSAMT法）是近些年来新发展起来的深部物探勘查方法。它是利用人工场源进行频率测深的电磁方法，具有信噪比大、分辨率高、勘探深度大、工作效率高等特点。这种方法不但广泛应用于深部找矿领域，同样在工程勘查中也得到运用，此次对丁蜀矿地下采空区范围的勘查，就是一个成功的例子。

1 地质概况

矿区处于长江中下游平原，位于宜兴市丁蜀镇西侧，地势较平坦，地面标高1m～5m，其西部和北部有东西走向的山脊，山脊标高20m～95m。该矿于1971年建井，1986年9月封井闭坑。

地层分区属江南地层分区常州—宣城小区，出露地层有：

栖霞组（P1q）：由含沥青硅质灰岩组成，锤击有沥青臭味。

孤峰组（P2g）：主要由深灰色泥质岩组成，夹硅质结核，局部含炭质，顶部夹一层灰～深灰色泥质中细粒砂岩。

龙潭组（P2-3l）：岩性主要为灰色、深灰色粉砂岩夹细、中粒砂岩、钙质砂岩或砂质灰岩和极不稳定煤层一层、较稳定或不稳定煤层一层，是此处主要含煤地层。

长兴组（P3c）：深灰色厚层状灰岩，夹硅质结核条带。

青龙组（T1q）：由青灰色薄层灰岩组成，底部夹一层厚10m左右的灰色钙质泥岩。

第四系（Q）：由粘土、粉砂、细砂及砂砾等组成，细砂及砂砾层主要分布在中下部，为孔隙含水层。

大地构造位置属于扬子准地台的下扬子-钱塘褶皱的东北部，三级构造单元为澄溧台隆的溧阳-江阴东。区内断裂构造较发育，均为高角度正断层，走向近EW向，断面倾角在70°左右。

2 工作方法

方法有效性：采空区充水或含少量煤系物，是低阻；上层为煤系盖层，下层是煤系底板和灰岩，都是高阻，存在电性差异，是本次电磁法勘探的物理前提。

共布置了8条CSAMT测量剖面（见图1），针对勘查目的，采用赤道装置、标量测量方式、TM测量模式测量。受地理条件的限制，采用了较大的收发距（8km），保证了远场观测的要求；AB距2km；点距加密到20m；频率1Hz～8533.333Hz；最大供电电流15A，保证足够的信号强度。

图1 剖面布置及采空区推断图

数据处理采用专用软件CSAMT-SW，以剖面为单位进行处理，软件处理过程主要包括电极点位坐标偏差校正、跳点处理、坏道删除、曲线圆滑、近场校正、静态位移校正等，最后可选择进行Bostick反演、一维反演和二维反演，输出反演数据，用Surfer制成视电阻率反演断面图，再结合地质、钻探资料推断解译，最后生成8张每条剖面的成果解译图。

设计勘查500m深，但200m左右，下面全是高阻灰岩，曲线呈45°上升，此处只引用了标高-250m成果图。

3 解译推断

从8条剖面的反演电阻率断面图来看，勘查区呈三层水平层状结构显示：上下两层电阻率较高(n×102Ω．m～n×103Ω．m)，中间一层电阻率较低(＜40Ω．m)。综合8条反演视电阻率剖面，参考搜集到的地质、钻孔资料，建立顶、底板和采空区识别标志，进行解译推断。

以1线为例来说明解译推断过程（图2），根据CSAMT法视电阻率断面图上的曲线形态，首先根据电阻率等值线密集程度，划分煤系顶、底板，结合地质资料分析认为，煤系顶板是第四系粘土、砂、砾及长兴组灰岩，标高在-30m～-70m间变化；煤系底板是二叠系下统灰岩，标高在-100m～-220m间变化。再根据电阻率曲线横向变化特点：180-300/1段中间低阻曲线不连续，且上下层界面有落差起伏变化。推断存在一断层F1，倾向小号，地表位于320号附近。由于该断层的存在，使得煤系盖层在此受到破坏，电阻率曲线形态发生变化，中间低阻层向上拱起，且近地表电阻率明显低，有塌顶冒落的可能。又根据以前地质资料，剖面200/1号煤线在标高-100m，300/1号煤线标高在-50m，据此资料推断煤系空间位置及可能开采的部位，剖面上极低电阻率区域可能是碳质泥页岩或贫煤区，稍高一点区域可能是采空区1号。

图2 任墅矿1线CSAMT 成果及解译图

其它7条剖面解译类似。将这8条CSAMT剖面进行6个不同深度切片（-50m、-100m、-120m、-150m、-170m及-200m），以反映勘查区在不同标高的平面上视电阻率变化特点（见图3）。从图上看，-50m切片上，低阻区域集中在西南拐、东南拐及中部北边，这反映了浅部碳质层区域和采空区域及地表塌落地段，范围不大。到了标高-100m位置，低阻区域开始扩大，-120m和-150m标高位置，低阻区域范围达到最大，这是勘查区煤系地层最集中的地段，因而也是推测采空区域最多的地方。到了-170m平面位置，低阻煤系层面积缩减，到了-200m标高后，煤系地层基本消失，表明勘查区已接近下伏下二叠系下统孤峰组和栖霞组灰岩。

图3 不同深度切片图

7条平行的CSAMT剖面，呈北北西向排列，把它们的反演电阻率断面图立体展示在一张图上，了解采空区在不同深度范围的、大小的变化。在-120m和-150m标高段，采空区范围最大。再结合剖面对应的平面位置，依次用一条光滑曲线连接起来，勾绘了两个封闭区域（见图1），就是本次CSAMT法推断的丁蜀矿采空区范围。