袁忠　孫鵬飛　賈智勇

摘要：阿爾瑪勒煤炭勘查區(qū)位于新疆伊犁盆地南緣伊南煤田東段。礦區(qū)出露的地層主要為第四系、上第三系、侏羅系、三疊系、二疊系及零星的石炭系。南部、東北部含煤地層與基底石炭系、二疊系呈不整合接觸關(guān)系。開(kāi)采地段內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有斷裂構(gòu)造，構(gòu)造類(lèi)型初步可確定為簡(jiǎn)單類(lèi)構(gòu)造。根據(jù)物探勘探原理：不同巖性的地層或地質(zhì)體的電性特征是有差異的（如煤層的電阻率值是砂泥巖層的數(shù)倍），利用EH4和瞬變電磁等物探綜合方法，依據(jù)多數(shù)據(jù)解釋及礦區(qū)地質(zhì)條件和收集以往煤礦開(kāi)采資料來(lái)確定勘查區(qū)的采空區(qū)及隱蔽地質(zhì)災(zāi)害，為煤礦安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：伊南煤田；電性特征；EH4；瞬變電磁；采空區(qū)

1. 勘查區(qū)概況

勘查區(qū)內(nèi)多有煤層和火燒巖露頭出露，在這些露頭區(qū)附近，長(zhǎng)期以來(lái)有許多小煤窯開(kāi)采，煤礦業(yè)主成份復(fù)雜，多數(shù)為鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個(gè)體小煤窯，部分已采空?qǐng)?bào)廢。地面上出現(xiàn)較多塌陷坑，大部分亦無(wú)法尋找煤窯口和具體開(kāi)采深度與厚度，有些久遠(yuǎn)的廢采坑在地表殘留跡象很少，大多數(shù)已無(wú)資料可查。地面上出現(xiàn)較多塌陷坑，大部分亦無(wú)法尋找煤窯口和具體開(kāi)采深度與厚度，有些久遠(yuǎn)的廢采坑在地表殘留跡象很少。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與資料收集研究，認(rèn)為20世紀(jì)90年代以前集體企業(yè)或私人開(kāi)采的小煤窯，一般開(kāi)采深度不超過(guò)300m，總體上多呈近東西向開(kāi)采，以埋藏較淺的M8、M9、M10煤層為主。

2. 地球物理電性特征

根據(jù)以往的地質(zhì)資料和少量工程鉆探，區(qū)內(nèi)地表淺層為第四紀(jì)沉積層，其下伏基巖為下第三系和白堊系地層，但厚度較薄，采空區(qū)主要位于侏羅系地層內(nèi)，該地層厚度較大，巖性包括泥巖、砂巖。根據(jù)搜集整理的伊犁盆地南緣各地層（表2-1）及不同巖石（表2-2）電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出：

（1）第四系為現(xiàn)代沖積物、新近系為雜色礫巖，電阻率呈中高值，侏羅系中下統(tǒng)水西溝群的電阻率較低，而盆地基底的電阻率最高。因此本區(qū)存在兩個(gè)明顯的電性界面，一是侏羅系頂板與第四系及新近系之間的電性界面，二是基底與蓋層之間的電性界面。

（2）不同巖性間的電阻率差異較大，泥巖的平均電阻率13.78Ω·m，而煤的平均電阻率177.0Ω·m，兩者相差10倍多。碎屑巖的電阻率隨粒度的增大而增大，如粉砂巖的平均電阻率24.8Ω·m，粗砂巖的平均電阻率51.22Ω·m，相差一倍以上。同一巖性的巖石由于透水性、壓實(shí)度及組成物質(zhì)的多樣性，電阻率也具有較大的差異。水西溝群的煤層電阻率呈高值，是區(qū)域上的電性標(biāo)志層。

（3）采空區(qū)的電性特征：根據(jù)采空區(qū)展布特征及以往工作經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)的電性特征具有以下幾種情況；①采空區(qū)采硐形成的空洞保存完好，其電阻率遠(yuǎn)大于圍巖的電阻率，與圍巖形成明顯的電性差異；②采空區(qū)內(nèi)部分充水或被充填物充填或采硐部分坍塌改變了原采硐的形態(tài)。充水和充填物一般含水呈顯低阻；而未充填部分則仍為高阻，在其上方呈現(xiàn)較為復(fù)雜的異常形態(tài)。③采空區(qū)完全被充填或坍塌，由于充填物含水呈低阻與圍巖形成的高阻異常有明顯差異。沒(méi)有采空區(qū)分布的地區(qū)，地層和煤層正常產(chǎn)出，不顯示電性異常。

3. 成果概略性推斷解釋及驗(yàn)證

3.1 瞬變電磁異常驗(yàn)證

根據(jù)瞬變電磁工作所得異常圈定的采空區(qū)由以下三種方式加以驗(yàn)證：

3.1.1 地表塌陷

地表塌陷處均在已圈定采空區(qū)范圍內(nèi)部，地表有塌陷說(shuō)明采空區(qū)埋深淺。例如，T1測(cè)線樁號(hào)50～100處地表見(jiàn)明顯塌陷坑（如圖3-1），視電阻率擬斷面圖上該位置處有明顯高阻異常與之對(duì)應(yīng)。

3.1.2 已有井下采掘平面圖

根據(jù)已有井下采掘平面圖上所標(biāo)示的采掘面平面位置，結(jié)合瞬變電磁各條剖面視電阻率擬斷面圖圈定的高阻異常，來(lái)判斷高阻異常是否由采空區(qū)引起。如圖3-2，T54測(cè)線樁號(hào)625～775處有明顯的高阻異常圈閉（異常編號(hào)G54—3），在井下采掘平面圖中，該位置處有原回民鄉(xiāng)煤礦開(kāi)采巷道通過(guò)，巷道標(biāo)高1295.61m。兩相印證，說(shuō)明該處存在采空區(qū)。

3.1.3 鉆孔驗(yàn)證

工作區(qū)內(nèi)見(jiàn)采空區(qū)鉆孔共有兩處，編號(hào)分別是ZKS-1102及ZKS-1108。其中ZKS-1102號(hào)鉆孔位于T64測(cè)線6號(hào)測(cè)點(diǎn)西北4m處，該鉆孔在70m～75m深度處見(jiàn)一采空區(qū)。如圖3-3，T64測(cè)線視電阻率擬斷面圖上在該處也有高阻異常圈閉。

ZKS-1108位于T22測(cè)線39號(hào)測(cè)點(diǎn)東4m處，該鉆孔在70.8-73.1m深度處見(jiàn)一采空區(qū)，與G22-4號(hào)異常吻合（圖3-4）。

3.2 EH-4異常驗(yàn)證

對(duì)ZK305鉆孔資料與過(guò)孔剖面進(jìn)行對(duì)比分析，圖3-5為EH13線1600m～2400m段反演電阻率斷面圖，從圖中可以看出，淺部薄層反演電阻率高阻層為第四系干燥的砂、礫、泥沖洪積層的反映。在平距2100m附近埋深約90m處出現(xiàn)高阻異常，其形態(tài)近于橢圓形，反演電阻率大于70Ω·m，異常的背景值為20Ω·m～40Ω·m。ZK305孔位于測(cè)線2100m處，鉆孔揭示在孔深81m時(shí)鉆遇一采空區(qū)。反演電阻率高阻異常與鉆孔鉆遇的采空區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。ZK305的驗(yàn)證結(jié)果表明采空區(qū)在斷面圖上的表現(xiàn)為局部近圓形高阻體的依據(jù)是正確、合理的。EH-4野外工作時(shí)對(duì)各測(cè)線進(jìn)行地表調(diào)查，發(fā)現(xiàn)各條測(cè)線上均分布有很多塌陷坑，或煤礦礦洞和通風(fēng)口，這些都是采空區(qū)在地表的直接標(biāo)志，并且這些塌陷坑、煤礦礦洞和通風(fēng)口對(duì)應(yīng)在斷面圖位置上的斷面形態(tài)與采空區(qū)的電性特征極為相似，因此可以推斷為采空區(qū)。EH-4野外工作時(shí)還對(duì)各測(cè)線進(jìn)行地表調(diào)查，還發(fā)現(xiàn)EH1線及EH11線地表有燒結(jié)巖分布，而（下轉(zhuǎn)74頁(yè)）（上接16頁(yè)）燒結(jié)巖是火燒區(qū)的直接標(biāo)志，燒結(jié)巖分布的區(qū)域在斷面圖上對(duì)應(yīng)位置顯示為高阻薄層特征，這正是火燒區(qū)解釋推斷的依據(jù)。

通過(guò)以上實(shí)例分析，我們可以看出使用EH-4測(cè)量方法探測(cè)采空區(qū)滿足地球物理工作的前提，EH-4測(cè)量方法探測(cè)采空區(qū)工作中取得了良好的效果，EH-4測(cè)量成果也得到了鉆探驗(yàn)證，說(shuō)明本次煤礦采空區(qū)勘探工作所選擇的方法技術(shù)恰當(dāng)、合適，圓滿完成了采空區(qū)勘探的工作任務(wù)。由此可見(jiàn)EH-4測(cè)量技術(shù)具有探測(cè)采空區(qū)的可行性。

4. 結(jié)論

4.1 瞬變電磁勘探工作結(jié)論

采用多種地球物理方法對(duì)采空區(qū)進(jìn)行綜合探測(cè)，并綜合各種地球物理方法的優(yōu)點(diǎn)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行解釋。工區(qū)淺部低阻區(qū)域具有從地表水溝向地下擴(kuò)散的特征，可利用瞬變電磁法對(duì)低阻靈敏異常，橫向分辨率高的特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行勘探解釋?zhuān)f(shuō)明其水的補(bǔ)給與地表徑流緊密相關(guān)，后期處理應(yīng)注意疏導(dǎo)。

4.2 EH—4勘探工作結(jié)論

通過(guò)搜集前人在該區(qū)使用EH-4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀進(jìn)行已知采空區(qū)探測(cè)試驗(yàn)資料，以及本項(xiàng)目鉆孔鉆遇的已知采空區(qū)與實(shí)測(cè)的EH-4資料對(duì)比分析認(rèn)為，本勘探區(qū)采空區(qū)在反演電阻率斷面圖中為近于圓形或橢圓形的相對(duì)高阻異常特征，與沉積地層電性差異明顯。使用EH-4儀器進(jìn)行的音頻大地電磁測(cè)量能夠達(dá)到對(duì)采空區(qū)探測(cè)的工作目的。

EH-4資料對(duì)本勘探區(qū)局部地段分布的煤炭火燒區(qū)同樣有較好地反映。根據(jù)野外實(shí)地觀察與EH-4實(shí)測(cè)資料對(duì)比分析認(rèn)為，煤炭火燒區(qū)在反演電阻率斷面圖中表現(xiàn)為淺部局部地段的薄層高阻異常電性特征，并以高阻層蓋的形態(tài)分布于反演電阻率斷面圖的頂部，煤田火燒區(qū)在地表的電性特征明顯。

通過(guò)煤礦采空區(qū)探測(cè)工程驗(yàn)證，最終取得了較好的勘探效果，說(shuō)明采空區(qū)綜合地球物理探測(cè)技術(shù)可為煤礦采空區(qū)勘探提供可靠地地質(zhì)資料，同時(shí)也為今后解決煤礦采空區(qū)水區(qū)文體提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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