韋斯 熊勇 楊剛

摘 ?要：一些煤礦煤層開采歷史悠久，留下了較多老窯及采空區(qū)，因基礎資料匱乏，為后期建設埋下了安全隱患，因此對煤礦采空區(qū)的探測顯得尤為迫切和重要。航空瞬變電磁法和地微動法都是地球物理勘探方法，其中航空瞬變電磁法是通過二次感應電磁場對地下低阻體進行探測，而地微動法則是利用面波的頻散特性獲取地下低速異常體，兩種方法都是采空區(qū)探測的主要方法。本文將結合工程實例，介紹航空瞬變電磁法和地微動法在新疆某煤礦采空區(qū)探測中應用情況。

關鍵詞：航空瞬變電磁法 ? 地微動法 ? 采空區(qū) ?二次感應電磁場 ? 頻散特性

1 ?引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對煤炭等能源的需求量也越來越大。一些煤礦煤層開采歷史較為久遠，留下了較多老窯及采空區(qū)，因基礎資料匱乏，為后期建設埋下了極大安全隱患，因此對煤炭采空區(qū)的探測顯得尤為迫切和重要。

目前，煤炭采空區(qū)探測的方法有：瞬變電磁法、激發(fā)極化法、地震反射法、地微動法等地球物理勘探方法，各種方法各有優(yōu)勢，也有各自的不足，較常用的是多種勘探方法綜合應用。其中航空瞬變電磁法屬于電磁類的物探方法，主要是通過接收二次感應電磁場對地下低阻體進行探測，而地微動法屬于被動源面波勘探方法，其主要利用面波的頻散特性獲取地下低速異常體，兩種方法都是采空區(qū)探測的主要方法。本文將結合工程實例，介紹航空瞬變電磁法和地微動法在新疆某煤礦采空區(qū)探測中應用情況。

2 ?工程、地質概況及地球物理特征

2.1、工程概況

測區(qū)內(nèi)煤層開采歷史悠久，留下了較多老窯及采空區(qū)。各礦井在2016年～2017年對小煤礦清理整頓過程中逐步關閉，在關閉前均有過不同程度的開采，采空區(qū)平面位置見圖1-2。

井田內(nèi)采空區(qū)面積、最低開采水平及礦井積水情況見下表1-1。

2.2、地質概況

（1）地形、地貌

火區(qū)位于吐魯番盆地北緣天山山脈之博格達南麓，屬低山丘陵區(qū)帶。最高海拔為+1049m，最低+922m，相對高差一般為50m，地勢總體為東北高西南低，西部寬闊平緩而東部較陡峭。

本次物探勘查區(qū)域受地表采掘、采空區(qū)塌陷及火區(qū)治理施工的影響，形成較大規(guī)模的深坑槽，幫坡最大角度達62°，深坑周圍堆積大量矸石，導致工作區(qū)地形變化劇烈，坑邊最高標高約+1030m，坑內(nèi)最低標高+856m。物探工作區(qū)地貌情況見圖2-2。

（2）地層巖性

測區(qū)內(nèi)地層由老到新有：侏羅系下統(tǒng)八道灣組（J1b）、三工河組（J1s），侏羅系中統(tǒng)西山窯組（J2x）、頭屯河組（J2t），侏羅系上統(tǒng)齊古組（J3q），第四系全新統(tǒng)（Q4pal）、上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)（Q3-4apl）。第四系全新統(tǒng)（Q4pal）、上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)（Q3-4apl）一般厚度約10m，與下伏地層呈角度不整合接觸，主要為礫石、砂土、黃土等混雜堆積層，結構松散無膠結。侏羅系地層巖性以粗砂巖、粉砂巖、細砂巖、泥巖、粉砂質泥巖為主，局部夾碳質泥巖及煤層。

礦區(qū)內(nèi)主要含煤地層為侏羅系中統(tǒng)西山窯組（J2x）和侏羅系下統(tǒng)八道灣組（J1b）。共含編號煤層18層，自上而下編號為13、12、11、10、7、6、5、4、3-4、3-3、3-2、3-1、2-3、2-2、2-1、1、A2和A1煤層，煤層總厚平均為52.93m?？刹擅簩庸?層，可采煤層總厚平均36.9m，依次為3-3、3-2、3-1、2-3、2-2、2-1、1、A2號。本次物探工作區(qū)主要開采煤層為侏羅系中統(tǒng)西山窯組中段（J2x2）2、3號煤層。2號煤層厚度24.87m～38.20m，平均28.53m;3號煤層厚度7.53m～20.28m，平均厚度13.85m。2、3號煤層，屬全區(qū)發(fā)育的穩(wěn)定煤層，自西向東逐漸增厚，全區(qū)平均厚度為33.25m，煤層傾向向北，傾角40°～42°。

（3）水文地質

礦區(qū)所在的吐魯番盆地區(qū)屬干旱荒漠氣候，全年平均降水量6.3mm，而蒸發(fā)量高達4107mm以上，蒸發(fā)量是降水量的651倍。礦區(qū)內(nèi)無常年性地表徑流，地下水的補給主要源于大氣降水、雪融水通過地表風化、構造裂隙等入滲補給地下水。礦區(qū)充水含水層分別為侏羅系中統(tǒng)西山窯組承壓孔隙裂隙弱含水層（H3）、侏羅系下統(tǒng)八道灣組孔隙裂隙弱含水層（H4），與含煤地層一致。含水層均為弱富水層，以靜貯存為主。

2.3、地球物理特征

礦區(qū)第四系主要為礫石、砂土、黃土等混雜堆積層，結構松散，其電阻率值隨含稅量變化較大，一般數(shù)十至數(shù)百歐姆.米。侏羅系地層巖性以粗砂巖、粉砂巖、細砂巖、泥巖、粉砂質泥巖為主，根據(jù)礦區(qū)鉆孔（13-3-1鉆孔）測井資料，電阻率值變化較小，一般為150～200歐姆.米左右，粗砂巖略高;碳質泥巖、煤層（煙煤）電阻率較高，一般在500～600歐姆.米。聲波測井資料顯示，除第四系松散堆積層外，礦區(qū)各巖層及煤層之間聲波時差變化較小，說明各巖層及煤層中彈性波傳播速度差異較小。

3 ?物探工作方法選擇及原理

3.1、物探方法選擇

物探方法的選擇需要綜合考慮地形地貌條件、地質環(huán)境、物性特征、目標體規(guī)模、空間分布等自然因素，結合經(jīng)濟合理性，采用綜合物探與鉆探驗證相結合進行綜合勘查，以期獲得較好的勘探效果。本次物探勘查區(qū)域受采空區(qū)塌陷及火區(qū)治理施工的影響，區(qū)內(nèi)地形變化劇烈，地面物探工作難度大、風險高，采用航空物探方法技術是相對合理的選擇。上節(jié)的物性特征分析可以看出，礦區(qū)除碳質泥巖及煤層電阻率相對較高（電阻率值一般在500～600歐姆.米）外，其余巖性電阻率差異較?。ㄒ话銥?50～200歐姆.米左右），具備采用電探類方法劃分煤層（高阻）與其余巖性地層（低阻）的物性前提。本次物探工作區(qū)為塌陷裂隙區(qū)，勘探目的為煤層采空區(qū)的空間分布特征及規(guī)模情況，依據(jù)初步設計方案資料，采空區(qū)為充水空間，其電探異常應為高阻背景（煤層）下的低視電阻率異常。然而，礦區(qū)其他巖性同為低阻體，這就造成了低阻異?？赡懿⒉蝗浅渌煽諈^(qū)。對于電探類方法發(fā)現(xiàn)的低阻異常區(qū)，應采用其他方法進一步確定或驗證。依據(jù)礦區(qū)各類巖性地層及煤層彈性波傳播速度差異較小，采空區(qū)、裂隙塌陷區(qū)彈性波傳播速度明顯降低這一物性特征，對于電探發(fā)現(xiàn)的低阻異常區(qū)可采用彈性波勘探方法進一步確定。綜上所述，在充分考慮礦區(qū)地形地貌、地層結構、物性特征、勘探目的的基礎上，依據(jù)經(jīng)濟合理原則，本次勘查采用航空瞬變電磁法、地震微動勘探法相結合，兩種物探方法互為補充印證。

3.2、航空瞬變電磁法原理

航空瞬變電磁法是一種利用機載線圈發(fā)射電磁波脈沖，通過接收線圈所接收到的二次感應電磁場信號，探測地下結構體特征的物探方法，該方法對低阻目標體反映敏感，主要用于對低阻目標體的勘探，對充水采空區(qū)有較好的勘探效果，而對于未充水的高阻采空區(qū)基本無效。其原理與地面瞬變電磁法一致，僅在數(shù)據(jù)采集方式及反演計算進行相應的改變。其原理如下：

在導電率為σ、導磁率為μ的均勻各向同性大地上空敷設面積為S的發(fā)射回線，在回線中供以階躍脈沖電流

（3-1）

在電流斷開之前（時），發(fā)射電流在回線周圍的大地和空間中建立起一個穩(wěn)定的磁場，如圖3-1所示

在t=0時刻，將電流突然斷開，由該電流產(chǎn)生的磁場也立即消失。一次磁場的這一劇烈變化通過空氣和地下導電介質傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發(fā)出感應電流以維持發(fā)射電流斷開之前存在的磁場、使空間的磁場不會即刻消失。由于介質的歐姆損耗，這一感應電流將迅速衰減，由它產(chǎn)生的磁場也隨之迅速衰減，這種迅速衰減的磁場又在其周圍的地下介質中感應出新的強度更弱的渦流。這一過程繼續(xù)下去，直至大地的歐姆損耗將磁場能量消耗完畢為止。這便是大地中的瞬變電磁過程，伴隨這一過程存在的電磁場便是大地的瞬變電磁場。

在發(fā)射電流剛關斷時，該環(huán)狀線電流緊接發(fā)射回線，與發(fā)射回線具有相同的形狀。隨著時間推移，該電流環(huán)向下、向外擴散，并逐漸變形為圓電流環(huán)。圖3-2給出了發(fā)射電流關斷后不同時刻地下等效電流環(huán)的示意分布。從圖中可以看到，等效電流環(huán)很像從發(fā)射回線中“吹”出來的一系列“煙圈”，因此，人們將地下渦旋電流向下、向外擴散的過程形象地稱為“煙圈效應”。

“煙圈”的半徑r、深度d的表達式分別為：

（3-2）

（3-3）

當發(fā)射線圈半徑相對于“煙圈”半徑很小時?？傻?/p>

故“煙圈”將沿47°傾斜錐面擴散，其向下傳播的速度為：

（3-4）

從“煙圈效應”的觀點看，早期瞬變電磁場是由近地表的感應電流產(chǎn)生的，反映淺部電性分布;晚期瞬變電磁場主要是由深部的感應電流產(chǎn)生的，反映深部的電性分布。因此，觀測和研究大地瞬變電磁場隨時間的變化規(guī)律，可以探測大地電位的垂向變化，這便是瞬變電磁測深的原理。

瞬變電磁場的探測深度主要由測量時間和地下介質的電阻率來確定。當?shù)叵聻榫鶆蚪橘|時，地面發(fā)送線圈中的電流被切斷后，感應電流隨時間向地下擴散，電流被關斷后某一時刻地下最大渦流所在深度由下式計算

（3-5）

當?shù)叵陆橘|的平均電阻率為15 ? ? ，測量時間取20ms，探測深度即達218m。至于發(fā)送回線（接收回線）與探測深度的關系，只是為了保證接收線框內(nèi)有足夠的信號強度。同時，由于回線在一定的范圍內(nèi)線框越小，其體積效應也越小，其橫向、縱向分辨率也愈高。

3.3、地微動法原理

地球表面不論在何時何地都存在一種天然的微弱震動，稱為地脈動或常時微動（Microtremor or Ambient vibration），它源于自然界和人類的各種活動。自然界中的風、潮汐、氣壓變化、火山活動等都會產(chǎn)生震動;而人類活動產(chǎn)生的震動包括車輛移動、工廠機械運行，甚至人的行走等，前者頻率小于1Hz，后者頻率大于1Hz。

所有這些震動的能量將以波的形式向遠處傳播，微動是一種由體波（P波和S波）和面波（瑞利波和拉夫波）組成的復雜震動，并且垂直方向上面波的能量占信號總能量的70%以上。盡管微動信號的振幅和形態(tài)隨著時空變化而發(fā)生變化，但在一定時空范圍內(nèi)具有統(tǒng)計穩(wěn)定性，可用時間和空間上的平穩(wěn)隨機過程描述。

微動具有如下特征：

（1）地球表面無論何時何地都存在震動;

（2）動源的空間分布、觸發(fā)時間及源的強度是隨機的;

（3）在某一固定的位置，波的到來方向一般不確定;

（4）頻率一般較低;

（5）微動探測中攜帶有面波所固有的頻散信息。

微動探測方法是以平穩(wěn)隨機過程理論為依據(jù)，從微動信號中提取面波（瑞利波）的頻散曲線，通過對頻散曲線的反演，從而獲得地下介質的橫波速度結構。

淺地表微動探測利用的是微動信號中的高頻段震動源，一般頻率>1Hz，震動源主要與人類活動（交通工具、機器震動等）有關，震動源主要產(chǎn)生于地表，表現(xiàn)為白天/夜晚，工作日/休息日有明顯變化。高頻段的微動信號一般來自較近的震動源，震源大多數(shù)位于近地表。震動源很近時（小于數(shù)百米），微動波場包含體波和面波，距離較遠時，面波占主要能量。

微動是一種沒有特定震源的微弱振動，它是由體波（P波和S波）和面波（瑞雷波和勒夫波）組成的復雜振動，并且面波的能量占信號能量的70%以上，微動中的面波信息與地表介質密切相關，實際運用中常利用微動信號的瑞雷波信息。

由于面波的頻散特性，微動信號具有振幅、頻率隨時間、空間發(fā)生顯著變化的特點，但在一定時空范圍內(nèi)仍滿足統(tǒng)計穩(wěn)定性，可用平穩(wěn)隨機過程來描述。微動探測方法（The Microtremor Survey Method，簡稱MSM）是以平穩(wěn)隨機過程理論為依據(jù)，從微動信號提取面波（瑞雷波）的頻散曲線，通過對頻散曲線的反演獲取地下速度結構信息的地球物理探測方法，如圖3-4所示。

從微動信號中提取瑞雷波頻散曲線常用的兩種方法是頻率-波數(shù)法（The Frequency-wavenumber Power Spectral Method，簡稱F-K法）和空間自相關方法（Spatical Autocorrelation Method，簡稱SPAC法）。F-K法頻散曲線集中在低頻段，而高頻時的混頻現(xiàn)象會使其結果惡化;SPAC法頻散曲線集中在高頻段，而低頻段經(jīng)常無法準確提取，因此F-K法適合分析深部土層，而SPAC法適合分析淺部土層。

4 ?方法應用

4.1、儀器設備

本次航空瞬變電磁勘查采用重慶璀陸探測技術有限公司自主研發(fā)的無人機全航空瞬變電磁測量系統(tǒng)。系統(tǒng)由大疆T30無人機、瞬變電磁主機、收發(fā)一體線圈、數(shù)據(jù)處理與成像軟件組成，采用了 “恒壓鉗位”高速線性關斷和無損消互感技術，結合高密度高動態(tài)信號采集，具有極強的深部探測能力;大磁矩發(fā)射增強了抗干擾能力，改善了深部探測效果。

系統(tǒng)主要特點：

（1）國內(nèi)航空瞬變電磁法系統(tǒng)正處于研發(fā)階段，目前研發(fā)及應用相對較多是地～空瞬變電磁系統(tǒng)（供電系統(tǒng)在地面，測量系統(tǒng)在空中）使用效果不是太好。該航空瞬變電磁法系統(tǒng)是目前國內(nèi)唯一應用中的無人機全航空瞬變電磁系統(tǒng)（供電、測量系統(tǒng)均在空中）。

（2）高速線性關斷技術?！昂銐恒Q位”實現(xiàn)高速線性關斷，減少一出場干擾，縮小淺部探測盲區(qū)范圍。

（3）無損消耦技術。不損失激發(fā)場和二次場，消除了一次場混疊，減小了信號動態(tài)范圍，提高了淺部信號的分辨能力。

（4）大深度：大電流60A，增強深部信號。

（5）采用大偶極距及極低頻，穿透深度大，尤其是在低阻體環(huán)境中。

本次地微動勘查工作設備為美國Geometrics公司生產(chǎn)的ATOM-24無線面波采集系統(tǒng)。整套系統(tǒng)由多個Atom采集單元組成。Atom采用32-bit高精度ADC，降低自身噪聲，提高儀器信噪比。GPS授時控制以及4GB數(shù)據(jù)存儲空間，每個Atom之間采用WIFI和NFC（近距離無線通訊）方式進行數(shù)據(jù)通信，極大的方便了野外操作。

儀器同步：通過接收GPS衛(wèi)星標準時間信號自動、實時進行內(nèi)部時鐘校正，其同步誤差小于15ns，在長時間觀測中能確保各數(shù)據(jù)采集器同步性。

4.2、測線布置及現(xiàn)場工作技術

（1）航空瞬變電磁法

根據(jù)《煤田滅火規(guī)范》第十九條，采用物探時對測線、測網(wǎng)密度的要求，本次物探測線方向沿煤層走向（采空區(qū)走向）線的近垂向布置，測線長度控制在合同規(guī)定勘探范圍，測線距離30m（《煤田滅火規(guī)范》要求不大于50m），測點距3m（《煤田滅火規(guī)范》要求2～5m）。

由于施工期地形變化較快，本次航空瞬變電磁法測線地面高程采用大疆精靈-4測繪無人機進行實測。

T30無人機飛行軌跡（測線）利用地形圖上讀取的測線起始點平面坐標進行控制。瞬變電磁系統(tǒng)測量過程中實時記錄測點電磁數(shù)據(jù)、坐標、高程。

無人機飛行速度保持3m/s，線圈離地高度控制在5m左右，發(fā)射線圈直徑5m、接收線圈直徑0.5m。正常飛行時，顯示屏實時顯示測量電磁數(shù)據(jù)、飛行航跡、速度、時間等。

（2）地微動法

原計劃方案微動探測主要用于瞬變電磁法異常點的進一步勘查。受地形條件限制，異常點較難布置微動勘探點，經(jīng)業(yè)主方指示，微動勘探方法用于地形相對較好，施工風險較高地段的測線勘查。測線距30m，測點距10m。

微動常見探測方法包括單點探測和剖面探測，多重圓觀測臺陣、L形臺陣是微動探測常用的單點布設方式，圖4-3為三重圓形臺陣觀測系統(tǒng)，圓心處布設1臺數(shù)據(jù)采集器，圓周上至少布設3臺數(shù)據(jù)采集器。在利用SPAC法時，圓形觀測臺陣的半徑稱為觀測半徑R，最大探測深度H與觀測半徑R之間通常存在以下關系：H=（3～5）R。微動單點探測目的是獲得測點下方地層介質的橫波速度及界面深度，也稱為微動測深。

為滿足二維勘查的需求，微動觀測點可沿剖面布設，即采用微動剖面探測方法。為了高效率完成野外施工，常采用如圖3-7所示的等間距臺陣布設方式，該臺陣等間隔布設，每個臺陣由10個數(shù)據(jù)采集點組成，當完成圓點S1的觀測（即由S1、A1、B1-B3、C1、C2、D1、D3和D5組成的單點觀測臺陣）后，將觀測點S1、A1、B1、C1、D1、D3和D5的數(shù)據(jù)采集器移動到對應的S2、A2、B4、C3、D2、D4和D6上即可進行第二測點臺陣觀測，以此類推。該方式每次僅需移動若干臺數(shù)據(jù)采集器即可完成一個測點，而無需將10臺數(shù)據(jù)采集器全部移動到下一個測點。對于某些特殊的工區(qū)，也可采用不等間距布設臺陣方式進行剖面探測。

本次微動法野外數(shù)據(jù)采集使用三重圓圓形臺陣觀測系統(tǒng)，不等間距布設臺陣方式進行剖面探測。檢波器選用主頻2Hz低頻檢波器，采樣間隔1ms，采樣時長>20min。

5 ?成果解釋分析

5.1、航空瞬變電磁法

航空瞬變電磁法數(shù)據(jù)處理采用重慶璀陸探測技術有限公司自主研發(fā)的璀陸云平臺服務器進行計算。該服務器計算速度快，效率高，可以同時處理大批量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)快速處理和數(shù)據(jù)成圖。反演計算結果最終繪制成剖面視電阻率斷面等值線圖。

視電阻率斷面等值線圖的解釋以工作區(qū)地質情況及地球物理特征分析為基礎，結合視電阻率等值線異常分布情況、地下水位、最低開采標高、煤層底板位置等情況進行綜合推斷解釋。并遵循如下原則：

（1）由于方法本身的缺陷，淺部存在勘查盲區(qū)（盲區(qū)大小受儀器電流關斷延時、地層電阻率高低、勘探深度等因素影響，本次勘測盲區(qū)20m左右），對于剖面地表以下20m深度內(nèi)的異常情況不予解釋。

（2）對于2號煤層底板以下、最低開采標高以下的異常不予解釋。

（3）根據(jù)工作區(qū)的物性特征分析，本次瞬變電磁法勘查目標是高阻背景（煤層）下的低阻（充水采空區(qū)）異常，該方法對于高阻背景下的低阻異常（充水或潮濕采空區(qū)）反映相對敏感，而對于高阻背景下的高阻異常（不含水的干采空區(qū)）基本無效，因此僅對低阻異常進行解釋，不對高阻異常進行解釋。

（4）對于地下水位以下的低阻異常解釋為富水裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)，對于地下水位以上的低阻異常解釋為含水裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。

通過以上解釋方法，得到各工區(qū)的采空區(qū)分布情況：

（1）1、2號火區(qū)

如圖5-1所示，在1、2號火區(qū)2號煤層底板以上，地下水位以下，多個剖面存在明顯低阻異常，推測為富水裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。

（2）3號火區(qū)

如圖5-2所示，在3號火區(qū)2號煤層底板以上，地下水位以下，多個剖面存在明顯低阻異常，推測為富水裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。

（3）4號火區(qū)

如圖5-3所示，在4號火區(qū)2號煤層底板以上，地下水位以下，多

個剖面存在明顯低阻異常，推測為富水裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。

（4）塌陷區(qū)

如圖5-4所示，在塌陷區(qū)2號煤層底板以上，地下水位以下，多個剖面存在明顯低阻異常，推測為富水裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。

5.2、地微動法

從微動信號中提取瑞雷波頻散曲線常用的兩種方法是頻率-波數(shù)法（The Frequency-wavenumber Power Spectral Method，簡稱F-K法）和空間自相關方法（Spatical Autocorrelation Method，簡稱SPAC法）。F-K法頻散曲線集中在低頻段，而高頻時的混頻現(xiàn)象會使其結果惡化;SPAC法頻散曲線集中在高頻段，而低頻段經(jīng)常無法準確提取，因此F-K法適合分析深部土層，而SPAC法適合分析淺部土層。

本次微動勘查數(shù)據(jù)處理采用驕佳面波數(shù)據(jù)處理軟件，提取瑞雷波頻散曲線采取空間自相關方法（SPAC法）。

微動剖面探測數(shù)據(jù)處理流程：從各測點記錄中提取瑞雷波頻散曲線，計算測點視S波速度，計算獲得二維視S波速度剖面等值線。

S波速度剖面等值線圖解釋以工作區(qū)地質情況及地球物理特征分析為基礎，結合視速度等值線異常分布情況、最低開采標高、煤層底板位置等情況綜合分析推斷解釋。并遵循如下原則：

1、由于方法本身的缺陷，淺部存在勘查盲區(qū)（盲區(qū)大小主要受勘探深度的影響，勘探深度要求越大，淺部盲區(qū)相對較大），對于剖面地表以下約20m深度內(nèi)的淺部異常情況不予解釋。

2、對于2號煤層底板以下、最低開采標高以下的異常，低速異常不予解釋。

3、根據(jù)工作區(qū)的物性特征分析，本次物探工作區(qū)各地層地震波速度差異較小，當存在采空區(qū)、塌陷區(qū)、裂隙發(fā)育區(qū)時地震面波傳播速度明顯降低，2號煤層底板及最低開采標高以上的低速異常解釋為裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。

本次地微動勘探共完成測線16條，根據(jù)S波速度剖面等值線圖，共發(fā)現(xiàn)低速異常區(qū)域47個，結合以上解釋方法，推測以上低速異常區(qū)為裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。以下為地微動勘探獲取的典型低速異常剖面：

（1）DW01剖面

如圖5-5所示，2號煤層底板以上，測線19-41米、56-81米，高程853-868米、883-909米附近有低波速異常區(qū)，結合地質資料分析，推測為裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。

（2）DW09剖面

如圖5-6所示，2號煤層底板以上存在4個低速異常區(qū)，分別為：①測線0-9米，高程854-898米區(qū)域;②測線18-34米，高程798-814米區(qū)域;③測線65-85米，高程844-864米區(qū)域;④測線100-140米，高程886-909米區(qū)域。結合地質資料分析，推測這些低速區(qū)為裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。

（1）DW15剖面

測線位于吐魯番市煤礦礦界范圍，最低開采標高+825m。如圖5-7所示，微動成果圖像上存在8個低速異常區(qū)，分別為：①測線上0-23米，高程為847-874米區(qū)域;②測線上55-101米，高程為849-896米區(qū)域;③測線上134-150米，高程為838-864米區(qū)域;④測線上208-237米，高程為846-866米區(qū)域;⑤測線上302-319米，高程為831-847米區(qū)域;⑥測線上333-364米，高程為854-869米區(qū)域;⑦測線上398-441米，高程為836-867米區(qū)域;⑧測線上460-480米，高程為846-873米區(qū)域。結合地質資料分析，推測為裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)。

6 ?結語

（1）本次物探勘查在充分考慮工程區(qū)地形、地質結構、物性特征、勘探目的、勘探作業(yè)安全風險基礎上，依據(jù)經(jīng)濟合理原則，采用物探領域最新先進技術，航空瞬變電磁法、地震微動法進行。方法選擇合理，技術先進。

（2）依據(jù)《煤田滅火規(guī)范》規(guī)定布置物探測網(wǎng)，并參照相關標準技術要求開展物探工作。提交了航空瞬變電磁法工作區(qū)低阻異常（含水裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)）、微動工作區(qū)低速異常（裂隙發(fā)育區(qū)或采空區(qū)）的剖面成果勘探成果及異常平面分布情況、三位空間關系成果。從物探異常的角度反映了采空區(qū)或裂隙塌陷區(qū)可能都平面位置、埋深情況，達到預期目的。

（3）物探異常主要分布在2號煤層底板及最低開采標高以上，與實際情況吻合。從側面證實了物探成果的可靠性。

（4）從地微動勘探成果分析，沿煤層傾向布置的勘探剖面，地震波速度界面與煤層傾角基本一致，煤層底板以下地震波速度較高，異常主要分布于2號煤層底板以上，說明2號煤層底板以上，由于采煤導致出現(xiàn)采空區(qū)及裂隙發(fā)育，從而導致煤層底板以上地震波速度明顯降低，與實際地質情況吻合較好。

（5）沿煤層走向布置的微動剖面，速度分界面標高穩(wěn)定，說明沿走向2號煤層底板高程穩(wěn)定，異常主要分布在2號煤層底板以上，與實際地質情況吻合，從側面也證實了地微動資料的可靠性。

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（第一作者：韋斯（1980-），男，物探高級工程師，2002年畢業(yè)于中國地質大學地球物理系，現(xiàn)就職于貴州水利水電勘測設計研究院有限公司）