2013年7月22日，我们在山东九龙山煤矿利用瞬变电磁、直流电法两种方法对该矿已注浆治理过的杜村河段岩溶塌陷区进行勘探，以评估注浆治理效果。九龙山煤矿的煤系基底是巨厚的奥陶系石灰岩，裂隙岩溶均较发育，具备形成岩溶陷落柱的地质条件，但目前尚未发现岩溶陷落柱。新汶矿区南翼大多数矿井揭露岩溶陷落柱且往往造成矿井出(突)水，对矿井生产构成威胁。
九龙山煤矿杜村河段存在岩溶塌陷，为满足生产需要，在矿指定范围内，进行地面瞬变电磁及电法探测工作，探查塌陷区范围内注浆效果。本次探测主要是针对90×30m2的岩溶塌陷区范围进行施工，根据现场情况，共布置4条瞬变电磁测线和3条电法测线，瞬变电磁测线每条布置140m，电法测线每条长度在100m左右。
　　1 探测原理
1.1 探测地球物理条件
从岩性物性差异的角度，一般认为：变化规律为泥岩、粉砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩到煤层、灰岩，电阻率逐渐增高，即煤层、灰岩相对其它岩层为高电阻率阻层，若岩层含水，则随着其含水率的增加电阻率值减小，因此岩层电阻率发生变化除与岩层岩性本身有关外，其含水性也起决定作用，故在灰岩等高阻地层中，地层含水，表现为低电阻率值;相反，则表现高电阻率值。
　1.2 瞬变电磁法原理
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V(t)，就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程;当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。
　1.3 直流电法原理
矿井直流电法勘探通过在井下巷道周围岩层中建立全空间的稳定人工电场，测量该电场的变化规律，求取岩层的视电阻率，绘制视电阻率曲线图，从而达到了解巷道周围岩层中的导水和含水构造的目的。
　2 观测系统布置
2.1 瞬变电磁观测系统布置
根据现场探测目的及要求，本次测线覆盖了90×30M2的岩溶塌陷区，共布置4条140m长的测线，相邻测线间隔为10m，测线上测点间隔也为10m，每个测线垂直向下探测一个数据，具体测网布置示意图如下。

图2-1 九龙山煤矿杜存河段岩溶塌陷区瞬变电磁探测布置示意图

    2.2 直流电法探测布置
为提高本次物探结果的可靠性，根据施工现场情况及要求，特增加直流电法测深探测布置。现场共布置3条测线，由于现场地势及接触条件的影响，测线布置与瞬变电磁测线布置位置及起始点位置存在差别。每条测线布置4个测站，第一测站跑极4次，第二测站跑极3次，第三测站跑极2次，第四测站跑极1次，每条测线采集10组数据。具体测线布置位置及跑极方式如下图2-2和图2-3所示。

 

图2-2 九龙山煤矿杜存河段岩溶塌陷区直流电法探测布置示意图

图2-3 直流电法跑极布置及测深示意图

　3 结果应用
3.1 瞬变电磁探测结果
经数据处理、分析，获得探测测网范围内视电阻率剖面图，图中不同的色调表示不同的视电阻率值，并且遵循色调从冷色调到暖色调表示视电阻率值不断升高的规律，如下图3-1所示为瞬变电磁单勘探线视电阻率值剖面图。

 

图3-1 瞬变电磁单勘探线视电阻率值剖面图

通过联合瞬变电磁勘探线1、2、3和4的结果，可以反演处不同深度上的视电阻率值水平分布情况，如下图3-2所示。

图3-2 瞬变电磁三个不同深度上视电阻率值水平分布图

通过本次瞬变电磁探测结果可以看出，在测区20m以下范围内无明显低阻异常区域(注：坐标建立以测线1的起点为原点，以东82°为x轴的正方向建立坐标)。通过三个不同深度的水平视电阻率值对比可以得出，区域内的岩层电性差异不大，推测该探测区域内，在本次探测时岩溶注浆区无明显裂隙发育区。
　3.2 直流电法探测结果
经数据处理、分析，获得探测测网范围内三条测线的视电阻率剖面图，图中不同的色调表示不同的视电阻率值，并且遵循色调从冷色调到暖色调表示视电阻率值不断升高的规律，如下图4-3所示为直流电法单勘探线视电阻率值剖面图。

图4-3 直流电法单勘探线视电阻率值剖面图

综合3条直流电法勘探线可以得出，该区域地表第四系覆盖层相对稳定，厚度在10~20m左右，三条测线的结果显示在浅层第四系中岩层具有一定的富水性。同时在本次直流电法测线范围内的深部区域岩层视电阻率值较高，无明显的裂隙发育区。
在测线2和测线3后部分30m以上区域出现视电阻率值异常区域，分析主要受地表接触介质的干扰影响，同时推测该区域第四系地层厚度相对较厚。
　4 综合结论
综合本次瞬变电磁及直流电法的探测结果，勘探范围内浅层区域的岩层存在一定的富水性，分析为第四系含水引起的电性变化(注：坐标以测线1的起点为原点，以东82°为x轴的正方向建立坐标)。同时在深部区域，瞬变电磁和直流电法结果都显示无明显的低阻异常区，因此推断本次勘探时，测区内的岩层裂隙不发育。
　5 归纳总结
A、本次探测是在注浆之后进行的探测，如能够在注浆前对目标区域进行一次探测，注浆之后在进行次探测，前后对比，更能够反映出注浆效果;
B、本次瞬变电磁探测中第二条测线是布置在注浆区上，但是由于本次注浆采用的是钢混结构，内部有金属，对探测结果有很大影响，所以在以后的探测中，一定要尽量避开金属干扰的影响。
　作者简介：
施劲松，男，安徽理工大学地球与环境学院水文与水资源专业，福州华虹驻中原办事处物探技术员。