1、K 剖面法在高密度资料处理中的应用摘要：为查清两矿边界处二 1 煤采空区的充水情况，采用高密度三极装置进行探测，使用常规处理手段效果不明显，应用“K 剖面法”处理放大了深部弱的地质异常信号，获得了良好的地质效果。 关键词：K 剖面法;采空区;高密度法 Abstract: To find out the two mine boundary two 1 water filling condition of coal gob area, using high density triode device detection, using conventional treatment effect is
2、 not obvious, the application of the “K profile“ deal with enlarged geological anomaly signal weak deep, obtained the good geological effect. Key words: K section method; gob; high density method 中图分类号：P641.4+61 文献标识码 A 文章编号： 1 引言 由于煤矿资源的开采，在地下形成了采空区，特别是小煤窑的滥开滥采，导致许多隐性采空区的存在，为以后煤矿资源的开采带来极大的安全隐患，为了探查
3、采空区分布及其充水情况，为矿井的防治水方案提供依据，采用物探手段进行探测很有必要，对高密度法探测、 “K 剖面法”处理进行了有益尝试，并获得了良好的处理效果。 2 方法基本原理 高密度电阻率法实际上是一种高分辨的二维阵列直流电阻率勘探方法,它采用组合式的电极排列，自动变换测量装置，实现了多装置、多参数综合测试，大大提高了对地质异常体的分辨能力。野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果送入微机后,还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。显然,高密度电阻率勘探技术的运用与发展,使电法勘
4、探的智能化程度大大向前迈进了一步。由于高密度电阻率法所具备的上述优势,因此相对于常规电阻率法而言,它具有以下特点: (1) 电极布设是一次完成的,这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰,而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。 (2) 能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量,因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。 (3) 野外数据采集实现了自动化或半自动化,不仅采集速度快,而且避免了由于手工操作所出现的错误。 (4) 可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态,脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。 (5) 与传统的电阻率法相比,成本低、效率高,信息丰富,解释方便,勘探能力
5、显著提高。 三极装置是高密度法电阻率法中的一种装置类型，其相比四极装置具有更大的探测深度，可以沿地形变化最小的方向布设测线，比四极装置有更大适用性。 K 剖面法又称反射系数 K 法，是一种电测深 S 曲线资料的解释手段和处理方法。它是对电测深 S 曲线进行一次求导，相当于把 S 曲线进行了一次高通滤波，即放大突出了局部异常而压制了低频背景异常，从而使得反射系数 K 值异常与局部不均匀地质体之间存在好的形态相似性，所以用 K 剖面法对 S 曲线进行解释具有较高的解释精度。 在直流电场中，当电流遇到有阻抗界面时，界面要向实际电源场所在介质反射一部分电流，这部分电流的大小决定于反射系数 K，K 的大
6、小决定了电阻率测深曲线的形状，研究它的变化规律能解释地质结构的部分问题，为求得 K 值，对野外实测曲线进行一次微分，采用差商法求 S曲线的两个极距间的 K 值: 计算公式为： 当 K 为负值时，需要进行校正，公式为： 将所得的 K 值或 K 校值在单对数坐标纸上以 K 为算术纵坐标，AB/2为对数横坐标绘制出单支 K 曲线，利用各测点的 K 值可以绘成 K 等值线断面图。此外，还可以算出同一测点各极距间的似真电阻率 Z，换算公式为： 反射系数 K 的提出，使曲线的斜率与反射系数 K12 联系起来，让原斜率的意义发生了质的变化，奠定了 K 剖面法的基础。 3 勘探实例 地质概况 测区位于河南省西
7、部，地形走向北西南东，北低南高，地面高差110 米。地层走向与地形走向大致平行，呈北西南东向展布，倾向南西，地层倾角较大，地形倾向与地层倾向相反，地形相对较差。 出露地层由老至新为寒武系、石炭系、二叠系、第四系地层。寒武系（）：为煤系之基底，全区广泛出露，主要为灰岩或白云质灰岩组成，厚度达 800 米。 中石炭统本溪组（C2b）：为杂色铝质泥岩和铝土岩组成，夹薄煤，多为炭质泥岩不可采。 上石炭统太原组（C2t）：主要为石灰岩、铝质泥岩、泥岩、砂岩组成，含煤 7 层，其中一 8 煤大部分可采。 下二叠系山西组（P1s）：主要由砂岩、粉砂岩、泥岩、砂质泥岩组成，含煤 34 层，其中二 1 煤为主要
8、可采煤。 下石盒子组（P1x）：主要为砂岩、泥岩、砂质泥岩组成，不含煤层，以下部之砂锅窑砂岩为标志层。 上二叠系上石盒子组（P2s）：岩性为中粗砂岩、砂质泥岩和泥岩，含煤 513 层。 第四系（Q）:主要由粉、细砂、亚粘土和砾石层组成。 地层电性特征 实测资料表明，第四系覆盖层电阻率较低，一般在 4070.m 之间，二叠系地层电阻率在 50150.m，石炭系地层电阻率在 80200.m，完整的灰岩视电阻率极高，一般在 300500.m 之间。 在测区浅部二 1 煤被采空后，在地下上下岩层间形成一定空隙，破坏了岩石的完整性、连续性，故该处电阻率明显高于完整岩石处的电阻率，表现出明显的高阻特性，而
9、在测区深部二 1 煤被采空后，由于采空区域的空隙被水所充填，其电阻率呈低阻反映。 3 资料分析 图 1 1 线 25 号点视电阻率单支曲线与似真电阻率单支曲线对比图 图 1 为测区 1 线 25 号点的视电阻率（S）单支曲线与经过 K 剖面法处理后的似真电阻率（z）单支曲线对比图，从图上可以看出两曲线的总体形态相似，特别曲线的尾支，视电阻率曲线的变化很小，而似真电阻率的变化很大，对于深部弱异常的放大能力很强。 词条图册更多图册 图 2 为测区 1 线的视电阻率（S）断面图与似真电阻率（z）断面图对比图，左侧为视电阻率断面图，右侧为似真电阻率断面图。对比两图可以看出，测区的总体电性结构，测线的浅
10、部电阻率较低，为浅部第四系及二叠系地层中的反应，深部电阻率较高是石炭、寒武系地层的反应。 视电阻率断面图上，二 1 煤层附近等值线较为平缓，没有明显的异常反映，而在似真电阻率断面图上，在测线的 2540 号点之间二 1 煤层附近出现明显的低阻异常区，推测为采空积水的反映。经验证在 30 号点下方有小煤窑老巷存在，老巷中积水。 图 2 1 线视电阻率断面图与似真电阻率断面图对比图 图 3 为测区 7 线的似真电阻率断面图，下方的电性结构与 1 线类似，测线的浅部电阻率较低，为浅部第四系及二叠系地层中的反应，深部电阻率较高是石炭、寒武系地层的反应。在测线的 1535 号点之间二 1 煤层附近出现明
11、显的低阻异常区，推测为采空积水的反映。其与 1 线的低阻异常相似，也是异常的范围很小。 经验证在 25 号点下方有小煤窑老巷存在，老巷中积水。 图 3 7 线似真电阻率断面图 图 4 17 线似真电阻率断面图 图 4 为测区 17 线的似真电阻率断面图，其 020 号点之间，二 1 煤层附近出现高阻异常区，为采空区未积水的反映，与揭露情况相符。 结论 “K 剖面法”处理视电阻曲线可以放大突出局部异常，在探测采空区及煤层底板岩溶裂隙发育情况等局部地质体上能得到良好的应用效果。 采用高密度探测采空区其对充水采空区和非充水采空区均有所反映，三极装置可以大大提高勘探深度，沿地形最好的方向布置测线可以减
12、少地形影响。 参考文献 1黄胜华,刘勇. K 剖面法在黄腊石滑坡勘察中的应用研究J.工程地球物理学报,2007,(02):109-112. 2刘继光,郭栋,马伏生.高分辨率反射系数法在煤层采空区勘探中的应用J. 石油仪器,2008,(04):66-67+70+102. 3敬荣中,林剑,肖志强. K 剖面法在岩溶勘查中的应用J. 地质与勘探,2002,(02):78-81. 4杨永明. K 剖面法寻找富水构造应用效果J. 西部探矿工程,2004,(11):99-100. 5孙经荣. 反射系数电法勘探(K 剖面)浅说J. 工程勘察,1980,(06):35-41. 6钟韬,邓艳平. 高密度电法在西部岩溶地区勘探中的应用J. 工程地球物理学报,2009,(S1):80-85.
