观文矿区地下暗河中天然电场选频法的探测研究_匡文龙

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1、第26卷第3期湖南科技大学学报(自然科学版)Vol．26No．32011年9月JournalofHunanUniversityofScience＆Technology(NaturalScienceEdition)Sept．2011观文矿区地下暗河中天然电场选频法的探测研究①1121213匡文龙，杨冲，曹运江，杨天春，王齐仁，杜良，张隆孝(1．湖南科技大学地质研究所，湖南湘潭411201;2．湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室，湖南湘潭411201;3．四川省古叙煤田观沙煤业有限责任公

2、司，四川泸州646505)摘要:天然电场选频法在地下暗河的勘探中有抗干扰能力强、方便、快速、资料直观易解释等独特的优点．简述了天然电场选频法的基本工作原理以及该方法在工作中注意的问题，在分析水文地质条件的基础上，运用天然电场选频的方法，对观文矿区内地下暗河进行了探测研究，并根据探测结果与地质构造特征，初步确定了探测区的4条地下暗河，为+875运输巷道的安全施工提供了一定的理论依据．该技术对四川地区地下暗河的探测亦有一定的借鉴意义．关键词:天然电场选频法;地下暗河;观文矿区中图分类号:P631．3文献标识码:

3、A文章编号:1672－9102(2011)03－0017－05四川省古叙煤田开发股份有限公司古叙矿区观根据场论知识可知，在距离场源较远的地方，大文煤矿是即将开工建设的矿井．由于水文地质条件地电磁场可视为垂直地面入射的平面电磁波，其变复杂，地下水以暗河的形式向跳蹬河排泄，给运输巷化规律服从麦克斯韦方程组:道的安全施工带来了严重的威胁．因此，必须对探测DrotH=j+，(1)区内的地下暗河进行探查，为运输巷道的安全施工t提供理论依据．本文首次应用天然电场选频法在该BrotE=－，(2)t区探测地下暗河，

4、重点对测区内的4个测点进行地divD=q，(3)下暗河的实验性探测研究，此次研究拓展了天然电场的应用范围．divB=0．(4)式中:j为电流密度;t为时间;q为自由电荷体密1天然电场选频法工作原理度;E为电场强度;H为磁场强度;B为磁感应强天然电场选频法是利用大地电磁场及交变电磁度;D为电位移．场作为工作场源，以地下岩矿石的电阻率差异为基通过对波动方程求解，即可导出波阻抗与介质［1］础，在地面上测量大地电磁场产生的几个不同频率电阻率的关系:2电场分量的变化规律，来研究地下地电断面的电性1Exρs=5f()．

5、(5)差异，以达到解决地质问题的一种交流电勘探方法，Hy属于音频大地电磁法(简称AMT法)的一种．式中:ρs为交流电阻率(Ω·m);f为工作频率收稿日期:2011－07－03①基金项目:国家“高等学校特色专业建设点”项目(TS11027)资助通信作者:匡文龙(1966－)，男，湖南双峰人，博士，教授，主要从事矿产普查与勘探研究．E－mail:kuangwenlong2002@sina．com17(Hz);Ex，Hy为电场分量和磁场分量;Ex/Hy为波阻矿区运输巷道的安全施工影响最大的水源主要来自抗．于跳蹬河

6、，其流量采用“堰测法”和“浮标断面法”观公式(5)中未考虑Ex和Hy之间的相位差，Hy测，用流速仪或经验公式校正浮标系数后，再进行流［5－6］在特定方向上是不变的，可以不考虑．因此，当频率f量计算．根据上述方法对茅口组地层顶、底界处33一定时，视电阻率与大地电磁场分量Ex的平方成正长期观测，流量分别为0．14m/s和0．46m/s．比．根据各个测点上大地电磁场Ex的变化既可反映出地下岩体电阻率的大小(高阻体或低阻体)，如图1．图2测线布置与探测成果图Fig．2Measuringlinelayoutandde

7、tectionresultfigure本区的地层由三叠系下统嘉陵江组、飞仙关组、图1局部不均匀体对正常电流场的扰动及其视电阻二叠系上统龙潭组、长兴组、中二叠统茅口组、下二率异常示意图叠统栖霞组以及第四系全新统组成，测区出露的地Fig．1Unevenbodyoflocaldisturbanceofthenormal层为第四系覆盖物，厚度为0～10m;上二叠统龙潭currentfieldandabnormalofapparentresistivity组地层厚度为86～112m;下部为中二叠统茅口组灰岩．测区位于

8、马嘶背斜的NW翼的单斜构造之上，当电磁波在导电介质中传播时，产生感应电流，是跳蹬河的补给区．在测区的北部有溶洞Y80，由于能量损耗，其振幅沿传播方向前进1/b的距离Y82，Y83及泉水W61，W62，W63，W64等，测区的南［2－3］时，振幅衰减为地表的1/e倍．习惯上取δ=1/b部有泉水W73，测区内有落水洞、陷落柱、溶洞Y85称为电磁波的趋肤深度(或穿透深度)，在无磁介质以及泉水W60．其中，二叠系栖霞组、