毕叶岚

摘  要：煤层开采后形成采空区，随着时间推移，采空区有水充填或塌陷。文章介绍CSAMT法在贵州某煤矿采空区勘查中的勘探实例。通过对实测资料进行处理与解释推断，基本查明了勘查区采空区的空间形态，取得了良好的勘探效果。

关键词：采空区;视电阻率;CSAMT法

中图分类号：P314 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）25-0179-02

Abstract： Goaf is formed after coal seam mining， with the passage of time， the goaf is filled with water or collapse. This paper introduces an example of CSAMT method in goaf exploration of a coal mine in Guizhou Province. Through the processing and interpretation of the measured data， the spatial form of the mined-out area in the exploration area is basically found out， and good exploration results have been achieved.

Keywords： goaf; apparent resistivity; CSAMT method

前言

在煤炭开采过程中，地下会形成采空区。采空区的塌陷，会造成地面的下沉及对环境的破坏。近年来，随着国家对历史遗留矿山环境的重视，利用地球物理方法对采空区勘查，取得了良好的效果。

花秋勘查区地表形成若干塌陷坑，历史上区内分布数个煤矿，采空面积都相对较大，由于部分煤矿当时无完整的采空区资料，对采空区的边界难以确定。探测清楚其准确位置，成为当地政府重要任务。

1 方法原理

可控源音频大地电磁法其基本原理是以有限长接地电偶极子为场源，在距偶极中心一定距离处同时观测电、磁场参数的一种电磁测深方法[1-3]。

本次探测采用赤道偶极装置，标量测量，同时观测与场源平行的电场水平分量Ex和与场源正交的磁场水平分量Hy，利用電场振幅Ex和磁场振幅Hy计算视阻抗电阻率ρs;观测电场相位Ep和磁场Hp，计算视阻抗相位φ。用视阻抗电阻率和视阻抗相位联合反演计算电阻率参数[1-5]。

2 勘查区地质及地球物理特征

2.1 勘查区地质

勘查区及附近出露地层有二叠系中统茅口组岩性以为灰、浅灰色厚层～块状石灰岩为主、统龙潭组岩性主要为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩夹数层灰岩及煤层、二叠系上统长兴组（P3c）岩性主要为灰、深灰色中厚层石灰岩以及第四系（Q）粘土。

矿区断裂构造不发育，采区内构造简单，地层总体为一单斜构造，地层倾向135°，平均倾角11°左右。

2.2 地球物理特征

区内第四系电阻率较低，主要以冲积、坡积、残积的砂砾、砂及含角砾亚粘土为主，一般小于100Ω·m，呈现相对低阻。二叠系上统长兴组（P3c）岩性主要为灰、深灰色中厚层石灰岩，电阻率介于200～300Ω·m，呈现相对高阻。正常情况下，横向上地层电阻率差异较小，但受采煤的影响，岩层的原始力学平衡被破坏，常出现横向上的电性差异，假如采空区未塌陷，则电性上表现为相对高电阻率特征，当采空区塌陷、充填、充水时在电性上表现为相对低电阻率特征，等值线梯度变化相对较大。垂向上，由于地层岩性不同，通常表现为各层电阻率随岩性及含水的丰富程度而不同。因此测区内地层之间不同情况下存在明显的电性差异[2-5]。

3 施工技术

本次施工数据采集采用凤凰地球物理有限公司的第八代地球物理数据采集系统V8 System 2000.ne，野外观测采用AB=1300m的双极源、旁侧Ex/Hy装置，标量TM测量模式，测量电极距MN=40m。

工作频率：工作频率范围为0.52～5120Hz，原则上频点间隔均匀分布，避开50Hz及60Hz工频及其倍频频点。

4 数据处理

对CSAMT数据预处理主要使用Phoenix Geophysics V8-RXU Host Software-CMT Pro Version 4.2，将实测数据添加CMT Pro Version 4.2，检查测线和排列命名、电极坐标，各曲线是否正常，并进行频点分析和简单的曲线编辑，导出SEC格式的文件，以便MTsoft2D读取[1-8]。

对于CSAMT数据反演采用MTsoft2D数据处理反演软件，对数据进行编辑，剔除明显的干扰点和近场校正，对存在静态影响的数据进行静态校正及空间滤波等，形成卡尼亚电阻率-频率等值线图和阻抗相位-频率等值线图，再通过相关一、二维反演，绘制反演断面图[1-8]。

5 资料解释

图1为CSAMT法L5线的视电阻率断面可以看出，纵向上视电阻率呈现低-高的变化特征，电性分层明显，反映了第四系、二叠系地层的电性特征。浅部视电阻率值相对较低，为第四系地层的电性反映;图中黑色实线分别为C1#煤层赋存位置。在M1#煤层赋存位置，从煤层露头位置至桩号1800m左右，视电阻率呈现相对低阻，推断该位置范围内M1煤层采空;在M1煤层下部，部分区域视电阻率呈现相对低阻，推断为茅口灰岩破碎相对富水的电性反映。

图2为CSAMT法L7线的视电阻率断面可以看出，纵向上视电阻率呈现低-高的变化特征，电性分层明显，反映了第四系、二叠系地层的电性特征。浅部视电阻率值较高，为第四系地层的电性反映;图中黑色实线分别为M1#煤层赋存位置。在M1#煤层赋存位置，从1550～2050m，视电阻率呈现相对低阻，推断该位置范围内M1煤层采空;在M1煤层下部，部分区域视电阻率呈现相对低阻，推断为茅口灰岩破碎相对富水的电性反映。

根据视电阻率等值线的梯度变化、范围、各测线的电阻异常的分布、在平面上的连通情况，圈定了两个异常区，分别标记为C1、C2。其中异常区C1位于测区的中部位置，呈半椭圆状，异常面积为25400m2，结合地表的塌陷坑及裂隙，推断M1煤层采空区的电性反映;其中异常区C2位于西南部位置，条带状，异常面积为274400m2，推断M1煤层采空区的电性反映。

6 结论

采用CSAMT法在山区开展煤矿采空区探测工作，揭示了该区采空区在呈现相对低阻且视电阻率等值线梯度变化相对较大，与上、下岩层形成明显的电性差异。表明CSAMT法是探测采空区一种有效探测手段。

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