高精度磁法与高密度电法联合探测在露天煤矿采空区与火区中的应用与验证
1 引言
物探与钻探是当前采空区及火区勘查的主流手段。钻探虽直观但成本高、效率低，通常用于物探异常的验证；而物探技术具有非破坏性、覆盖广、三维成像能力强等优势，工程普适性显著。常用方法包括高密度电阻率法、高精度磁法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法等。
然而，单一物探方法存在多解性。例如，高阻异常可能源于火区烧变岩，也可能来自干性采空或回填区；磁异常虽对火烧岩敏感，但易受地表铁磁性干扰。因此，多方法融合、多参数交叉验证成为提高解释可靠性的关键路径。
近年来，国产物探装备快速发展，涌现出一批智能化、高精度、适应复杂工况的新型仪器。例如，ACZ-8质子磁力仪具备高灵敏度（0.1 nT）、自动日变校正与抗电磁干扰能力，适用于矿区微弱磁异常探测；而天然场ADMT智能多功能电法仪及人工场ADMT-1B电阻率法仪，支持多种装置自动切换，集成实时反演与地形校正模块，特别适合覆盖层厚、地形起伏的露天矿区高效作业。本文即依托此类先进国产设备，开展联合探测实践。
2 研究区概况
研究区位于内蒙古鄂尔多斯市某露天煤矿二采区，属中下侏罗统延安组（J₁₋₂y）含煤地层，主采4-1煤层（平均厚5.99 m），底板标高1395–1405 m。区内50%地表被第四系风积砂与黄土覆盖，基岩出露于沟谷，地层产状平缓（倾角1°–3°），无断裂或岩浆活动，但存在历史民采小窑，局部见地裂缝与塌陷坑。
3 研究方法
3.1 高精度磁法测量
本研究采用ACZ-8质子磁力仪进行地面磁测。该设备由国内自主研发，具备以下优势：
● 灵敏度达0.1 nT，可捕捉微弱火烧岩磁异常；
● 内置GPS与自动日变校正模块，减少人工干预；
● 轻量化设计（整机<3 kg），适应沟谷地形快速布点。
3.2 天然场电法与人工场电法
电法工作，采用天然场电法：ADMT智能多功能电法仪，与人工场电法：ADMT-1B电阻率法仪。
智能多功能电法仪快速圈定异常区域后，ADMT-1B可针对这些区域进行详细探测，缩小探测范围，提高工作效率。两者结合，可更全面、准确地获取地下地质信息。
● ADMT智能多功能电法仪：支持12–60通道级联，最大探测深度5000 m，内置实时成像智能软件；
● ADMT-1B电阻率法仪：轻便型设备，精准度高，适用于对指定异常区域进行详查，功耗低、操作简捷。
4 探测结果与验证
4.1 物探异常特征
● 磁法：圈定5处北西向磁异常（Q2-M01至M05），正异常为主（极大值789–2761 nT），部分伴生地表塌陷与烟尘。
● 电法：识别12处高阻异常（Q2-HR01–HR12），南部呈团块状（ρ_max = 1917 Ω·m），北部呈串珠状，与磁异常空间对应良好。
4.2 钻探验证
● 布设5个验证孔（ZK03、ZK05、ZK09、ZK13、ZK14），总进尺148 m；
● ZK13、ZK14、ZK03揭露红褐色火烧岩，证实火区；
● ZK05、ZK09发现煤层缺失、回填土及漏浆，证实采空塌陷；
物探解译与钻探结果完全吻合，验证率达100%。
5 综合解释
5.1 异常响应规律
| 异常类型 | 电阻率特征 | 磁异常特征 | 地质解释 |
|---|---|---|---|
| 煤层火区 | 高阻（>1000 Ω·m） | 高磁（>1000 nT） | 烧变岩，高磁化率、高电阻率 |
| 干性采空/回填区 | 高阻 | 无磁或弱磁 | 孔隙大，无水充填 |
| 充水采空区 | 低阻（<100 Ω·m） | 无磁 | 赋水空腔 |
5.2 圈定成果
● 火区3片：分别位于南部（Q2-M01+HR01）、南西部（Q2-M02+HR02）、北部（Q2-M03~M05 + HR03~HR09）；
● 塌陷区2片：中部（HR10，塌陷坑直径15 m）、中东部（HR11，民采小窑回填区）。
6 结论
● 高精度磁法与高密度电法联合探测可有效区分火区、干性采空区与充水采空区，解释精度高；
● 本次工作成功圈定火区3处、塌陷区2处，5个验证钻孔100%吻合；
● 国产新型设备表现突出：
● ACZ-8质子磁力仪在磁异常识别与抗干扰方面优于传统设备；
● ADMT系列电法仪与ADMT-1B实现高效扫描、精准定位、高分辨探测，大幅缩短工期；
● 建议后续开采中加强垮落带、导水裂隙带监测；该联合技术体系具备强推广价值，尤其适用于采用ADMT系列电法仪、ACZ-8，兼具技术先进性与经济可行性。
