可控源音頻大地電磁法在采空區(qū)勘探中的應(yīng)用分析

劉紅云

[摘要]可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是近年來所發(fā)展起來的一種新的探測(cè)技術(shù)，在采空區(qū)勘探工作中得到了非常廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)可控音源大地電磁法的工作遠(yuǎn)離進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并介紹了可控音源大地電磁法在礦區(qū)采空區(qū)勘探工作中的應(yīng)用，通過分析，可以確定該探測(cè)方法在礦區(qū)采空區(qū)勘探工作中應(yīng)用的可行性。

[關(guān)鍵詞]CSAMT 采空區(qū)勘探 應(yīng)用

[中圖分類號(hào)] P62 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-295-1

1可控源大地電磁法工作原理

在利用可控音頻大地電磁法進(jìn)行勘探時(shí)，通常是對(duì)均勻半空間電或磁偶極子在地面上的場(chǎng)進(jìn)行研究，這主要是因?yàn)闃?gòu)造電磁法勘探通常實(shí)在地面上進(jìn)行觀測(cè)的。眾所周知，偶極天線所產(chǎn)生的電磁波是沿著多個(gè)方向輻射的，從波的傳播途徑來看，可以分為天波、地面波和底層博三種。電磁波在空氣中傳播的波長(zhǎng)為c/f（c表示光速；f表示電磁波的頻率），在大地中傳播的波長(zhǎng)為[107/（fσ1）]1/2。可以看出電磁波在大地中傳播時(shí)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在空氣中傳播時(shí)的波長(zhǎng)，這樣一來，電磁波傳播時(shí)的地面波s0和地層波s1在某一時(shí)刻t時(shí)，由于波程差，會(huì)在地表附近形成一個(gè)接近水平方向的波陣面，造成一個(gè)幾乎是垂直向下傳播的S*波，即近似的水平極化平面波。s0波、s1波和s*波在傳播的過程中，都會(huì)與地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生作用，并將這種作用的結(jié)果反映到地面觀測(cè)點(diǎn)中[1]。

2采空區(qū)地質(zhì)條件和地球物理特征

2.1地層及構(gòu)造

本文以某鐵礦為例進(jìn)行分析，工作區(qū)以及周邊區(qū)域的地層根據(jù)揭露情況由老到新包括了奧陶系馬家溝組、新近系與第四系。其中奧陶系馬家溝組以石灰?guī)r為主，在礦區(qū)內(nèi)夾有厚度不同的鐵礦層。新近系以粘土巖和砂頁巖為主；第四系則以粘土、粘質(zhì)砂土和砂質(zhì)粘土為主。根據(jù)現(xiàn)有的礦區(qū)地質(zhì)資料來看，礦區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造的存在。

2.2地球物理特征

根據(jù)測(cè)井以及電法資料統(tǒng)計(jì)，礦區(qū)的主要巖層電阻率參數(shù)如表1所示。

從表1種的數(shù)據(jù)可以看出，含鐵礦石層與石灰?guī)r之間的電性存在較大的差異，鐵礦石層的圍巖石灰?guī)r電阻率最高，但是在夾鐵礦層時(shí)，電阻率出現(xiàn)了明顯的下降。當(dāng)存在采空現(xiàn)象時(shí)，原有地層結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化，電性特征也隨之改變，這也使得采空區(qū)與圍巖之間的電性產(chǎn)生了一定的差異。在進(jìn)行各種工程勘探的過程中，尋找地下采空區(qū)通常存在兩種情況，一種是采空區(qū)在充水之后會(huì)表現(xiàn)出明顯的低電阻特征，另一種則是采空區(qū)中不存在任何充填物時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出明顯的高電阻特征。不同的采空區(qū)因?yàn)楸旧斫Y(jié)構(gòu)、形狀等方面的差異，其電阻率也存在一定的差異。從上述分析也可以指導(dǎo)，地下采空區(qū)與圍巖之間的電性存在較大的差異，這也為勘探工作提供了開展的條件。

3采空區(qū)的資料解釋

3.1采空區(qū)的一般異常特征

將野外所采集的數(shù)據(jù)輸入到專用的電腦軟件中進(jìn)行圓滑處理，然后利用BUICK反演數(shù)據(jù)繪制各剖面的視電阻率等值線擬合斷面圖，最后根據(jù)該區(qū)域的地球物理特征和視電阻率等值線擬合斷面圖以及礦區(qū)的已知地質(zhì)資料對(duì)采空區(qū)的位置進(jìn)行推斷。

工作區(qū)的正常底層結(jié)構(gòu)屬于奧陶系石灰?guī)r中分布有一層或者數(shù)層鐵礦石，屬于少有的富礦區(qū)域，單層鐵礦石的厚度可以達(dá)到數(shù)十米，本礦區(qū)鐵礦的開采多層，綜采厚度達(dá)到了數(shù)百米。當(dāng)鐵礦石被挖出之后形成了空洞，其電阻率增加，而在空洞增加到一定規(guī)模之后，就會(huì)在CSAMT視電阻率等值擬合斷面圖的一定深度上形成高阻閉合圈。在采空區(qū)被填充之后，因?yàn)樘畛湮飳儆诟咦栉镔|(zhì)，在CSAMT視電阻率擬合斷面圖中同樣會(huì)形成高阻閉合圈。由于圍巖即奧陶系石灰?guī)r在鐵礦去內(nèi)的含鐵量較高，因而其視電阻率低于正常值。本工作區(qū)采空區(qū)已經(jīng)被充填，由于采空區(qū)的深度及厚度存在一定的差異，其反演ρ值也存在一定的差異，通常處于80～260Ω·m的范圍內(nèi)。當(dāng)石灰?guī)r中的含鐵量較高時(shí)，反演ρ的值通常在20～60Ω·m之間[2]。

3.2剖面實(shí)例分析及解釋

下面以該礦區(qū)的5、6剖面為例，進(jìn)行分析和解釋。其中剖面5如圖1（a）所示，在地面85310～85523m的位置、垂直深度220～270m、以反演ρ值為80Ω·m等值線圈出了一相對(duì)高阻半閉合圈，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)無法施工，南端異常未閉合，該異常具有一定的獨(dú)立性和規(guī)律性，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況對(duì)推測(cè)采空區(qū)的位置位于該高阻半閉合圈。與已知的礦區(qū)資料進(jìn)行對(duì)比，該范圍屬于采空區(qū)且已經(jīng)進(jìn)行充填。剖面6如圖1（b）所示，在地面85423～85633m位置，垂直深度200～358m、反演ρ的值為120Ω·m等值線形成了一個(gè)相對(duì)高阻閉合圈，閉合圈的反演ρ的最大值為220Ω·m。該異常具有十分明顯的高阻特征，結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)情況推測(cè)該閉合圈范圍為采空區(qū)。結(jié)合實(shí)際的礦區(qū)資料來看，該區(qū)域原來屬于鐵礦富集區(qū)，礦層厚度較大且為多層礦，目前已采空且已經(jīng)進(jìn)行充填。

4結(jié)束語

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)地球上的各類礦產(chǎn)資源不斷進(jìn)行探索，但也為地球近表面地層造成了十分嚴(yán)重的傷害。比如，礦區(qū)的采空區(qū)就對(duì)人類造成了很大的傷害，這就需要我們對(duì)采空區(qū)的具體位置進(jìn)行探測(cè)。本文分析了可控源音頻大地電磁法在采空區(qū)勘探工作中的應(yīng)用。該方法具有較好的效果，通過將礦區(qū)開采圖與實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，也證明了該方法在采空區(qū)勘探工作中的有效性。但是在實(shí)際工作中，需要注重參數(shù)的選擇，從而保證勘探結(jié)果的準(zhǔn)確率。

參考文獻(xiàn)

[1]林昌洪.可控源音頻大地電磁三維共軛梯度反演研究[J].地球物理學(xué)報(bào)，2012（11）：3829-3838.

[2]許廣春.可控源音頻大地電磁法（CSAMT）在隧道勘察中的應(yīng)用[J].工程勘察，2008（06）：68-71.