瞬變電磁法在構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用

任豫濤

(山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長(zhǎng)治046011)

瞬變電磁法在構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用

任豫濤*

(山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長(zhǎng)治046011)

地質(zhì)構(gòu)造的探測(cè)是地球物理工作者在生產(chǎn)過(guò)程中常需研究解決的問(wèn)題，對(duì)于構(gòu)造的探測(cè)發(fā)現(xiàn)：常規(guī)的手段是通過(guò)地震勘探方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是瞬變電磁法（TEM）作為一種經(jīng)濟(jì)適用的物探方法也可以在一定程度上探測(cè)地下地質(zhì)構(gòu)造。通過(guò)勘探實(shí)例，說(shuō)明該方法在構(gòu)造探測(cè)中具有良好的應(yīng)用效果，為后期解釋地下地質(zhì)構(gòu)造提供幫助。

瞬變電磁法；地質(zhì)構(gòu)造；勘探實(shí)例

在煤礦安全生產(chǎn)過(guò)程中，由于水文地質(zhì)條件的多樣性及復(fù)雜性，查明地下構(gòu)造的富水及導(dǎo)水情況對(duì)礦井防治水淹工作意義重大，瞬變電磁方法（TEM）能定性判斷并半定量分析地下地質(zhì)構(gòu)造的富、導(dǎo)水情況，本文通過(guò)對(duì)煤礦地球物理勘查的應(yīng)用實(shí)例，淺述瞬變電磁方法探測(cè)構(gòu)造的應(yīng)用效果。

1 工區(qū)概況及地球物理特征

1.1 工區(qū)概況

勘探區(qū)位于太行山中段西側(cè)，長(zhǎng)治盆地之西部，地貌特征為山區(qū)丘陵地帶，沖溝發(fā)育，中南部地勢(shì)平緩，大面積為第四系黃土所覆蓋，區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)位于郭莊井田西北角，標(biāo)高為+947.7m，最低點(diǎn)位于絳河下游，標(biāo)高為+903m，高差約45m，絳河水蜿蜒曲折緩緩東流注入漳澤水庫(kù)，河床開闊，階地發(fā)育，屬海河水系的濁漳河支流。

1.2 地球物理特征

本采區(qū)地層由奧陶系、石炭系、二疊系及第四系組成。

整個(gè)第四系多由褐黃、棕黃色亞粘土為主，不整合于各時(shí)代地層之上，厚度不大，導(dǎo)電性能強(qiáng)，整個(gè)新生界松散層，均呈低阻反映，它對(duì)電測(cè)深的解釋幾乎無(wú)影響。

二疊系由泥巖、砂巖及煤層組成。其中泥巖電阻率略高于新生界，砂巖質(zhì)地堅(jiān)硬，導(dǎo)電性能差，電阻率和灰?guī)r相當(dāng)。

石炭系上部太原組主要由煤層、砂巖、泥巖、石灰?guī)r組成。中部本溪組由砂巖、鋁質(zhì)泥巖互層組成，與下伏層呈整合接觸。單層分析，厚度不大的灰?guī)r及砂巖層屬導(dǎo)電較差的高阻層；粉砂巖、粘土巖、泥巖又為低阻層位，這一特定的地點(diǎn)條件，使石炭系宏觀上為中高阻反映。

奧陶系中統(tǒng)以厚層灰?guī)r為主，當(dāng)巖溶不發(fā)育時(shí)，電阻率真值接近無(wú)限大；當(dāng)灰?guī)r巖溶發(fā)育，富水性強(qiáng)，或富水性雖不強(qiáng)，但發(fā)育規(guī)模較大，巖溶裂隙體內(nèi)充填有泥質(zhì)物時(shí)，電阻率明顯下降，此時(shí)絕對(duì)值與巖溶發(fā)育程度及富水性有關(guān)。

眾所周知，含水采空區(qū)、斷層和巖層的電阻率遠(yuǎn)小于不含水周圍圍巖的電阻率，這是瞬變電磁法評(píng)價(jià)采空區(qū)、斷層和含水層富水性的物理依據(jù)。陷落柱的富水和導(dǎo)水性也是影響其電性變化的一個(gè)重要因素，若陷落柱富水，其視電阻率值低于不富水陷落柱和周圍不富水地層的視電阻率值；若陷落柱導(dǎo)水，其內(nèi)外的視電阻率值差別較小且低于周圍地層的視電阻率值；若陷落柱不導(dǎo)水，其內(nèi)外視電阻率值差別較大。綜上所述采用瞬變電磁法探測(cè)，具有較好的物性條件。TEM法較其它電法具有體積效應(yīng)小，分辨率高，對(duì)陷落柱、斷層等含水后形成的低阻體反映敏感，且具有足夠的勘測(cè)深度等優(yōu)點(diǎn)。

2 應(yīng)用效果

2.1 陷落柱構(gòu)造TEM異常特征

利用瞬變電磁法對(duì)本區(qū)進(jìn)行了地球物理勘查工作，主要查明3#煤層頂板含水層的富水情況及3#底板及奧灰水的富水情況，同時(shí)查明該區(qū)域三維地震已探明的地質(zhì)構(gòu)造的富水情況，并做出相關(guān)詳細(xì)的論證報(bào)告，為礦上安全生產(chǎn)提供可靠資料。圖1為測(cè)區(qū)內(nèi)某測(cè)線視電阻率擬斷面圖，圖1中黑線為3#煤層線，DX16為三維地震已探明的陷落柱在剖面上的對(duì)應(yīng)位置，根據(jù)地質(zhì)任務(wù)，對(duì)該陷落柱的富水情況做出相關(guān)詳細(xì)的論證。3#煤層底板等高線上下附近的視電阻率等值線變化起伏，上部等值線呈均勻分布，是第四系上部耕植土、砂土及砂質(zhì)粘土的電性反映，向下電阻率值均勻?qū)訝罘植?，視電阻率值相?duì)較高，分析為砂礫巖層富集區(qū)的電性分布特征；在中部等值線變化與上、下形成明顯分層界面，且有等值線閉合圈，等值線圖反映的地電信息豐富，是煤系地層的電性反映，下部等值線阻值高且成層狀密集分布，是奧陶系灰?guī)r的電性反映。

圖1 1線視電阻率斷面圖

以3#煤層線為標(biāo)志層位，向下以145m左右平均厚度為奧灰?guī)r層頂界面的劃分依據(jù)，在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)3#煤層頂板及底板含水層的富水情況進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)對(duì)三維地震推斷的地質(zhì)構(gòu)造富水進(jìn)行詳細(xì)論證。圖中DX16為已知地震推斷陷落柱的對(duì)應(yīng)位置，由剖面圖1可以明顯看到在陷落柱上部的視電阻率等值線扭曲變化，曲線形態(tài)下凹，形成“耳朵”狀的凹陷變化，為很好的陷落柱邊界的劃分標(biāo)志，DX16范圍內(nèi)的3#煤層線標(biāo)志層位的視電阻率等值線劇烈變化，視電阻率等值線雜亂，與周圍的曲線形態(tài)有明顯差異，且進(jìn)入O2f層位后的視電阻率等值線亦具備上述特性，剖面上下反映等值線特征基本一致，標(biāo)高240m以下的DX16位置處存在低阻的相對(duì)異常反映，視電阻率高低不等，反映陷落柱的內(nèi)部充填物的物性特征，由于灰?guī)r內(nèi)部巖溶發(fā)育，在地質(zhì)構(gòu)造力作用及上覆巖層重力作用下，發(fā)生塌陷，造成上覆煤系地層隨之陷落，充填在陷落柱內(nèi)部是雜亂無(wú)章的破碎巖塊，反映到視電阻率擬斷面上形態(tài)是上下雜亂，視電阻率等值線不規(guī)律，但存在電性差異特征，這是我們本次物探任務(wù)查明地質(zhì)構(gòu)造的理論基礎(chǔ)，在此條剖面上三維地震推斷陷落柱位置與瞬變電磁法剖面反映的電性異常位置基本一致。3#煤層上150m的視電阻率等值線變化基本均勻分布，在100m范圍內(nèi)等值線圖有局部不均勻的高低變化，在樁號(hào)180～240m、760～830m、890～930m、1130～1180m、1240～1320m等5處存在局部低阻異常，其中180～240m、760～830m、890～930m的電阻率電性變化明顯，分析為煤層上覆地層裂隙發(fā)育充水在剖面上的異常反映，其中在890～930m位置的異常同時(shí)受陷落柱X16邊界巖層相對(duì)破碎的影響，周邊地層水沿破碎帶滲漏造成的。3#煤層下100m層位的視電阻率等值線起伏變化較大，是由于下伏地層巖性變化影響所致，在樁號(hào)180～240m、380～460m、550～640m、760～830m、1110～1130m、1170～1210m、1270～1295m等7處局部低阻異常形態(tài)突出，分析這些區(qū)段的巖層裂隙較為發(fā)育，裂隙富水性較好。同時(shí)可以看出在樁號(hào)1130～1150m的低值異?？膳c上覆1110～1130m樁號(hào)之間的局部小異常聯(lián)系，說(shuō)明這兩個(gè)異常之間存在一定的水力聯(lián)系。奧灰頂界面層位是根據(jù)鉆孔地質(zhì)資料提供的3#煤層距奧灰頂界面的平均厚度推斷出的大致層位，具備一定的參考性，在此標(biāo)定的O2f層位范圍內(nèi)，存在多處低值異常，在灰?guī)r連續(xù)界面的高值背景中反映明顯，位置是樁號(hào)100～260m、380～440m、520～750m、1110～1190m。根據(jù)巖溶裂隙的地球物理特征分析，推斷樁號(hào)1110～1190m的異常是灰?guī)r巖溶裂隙較發(fā)育，且該巖溶裂隙具有一定的富水性造成的；而樁號(hào)100～260m、380～440m、520～750m則與上覆地層的含水層存在一定的聯(lián)通關(guān)系，具有較強(qiáng)的導(dǎo)水性。

圖2 D1、D2線視電阻率斷面圖

2.2 斷層構(gòu)造TEM異常特征

圖2是本次物探測(cè)量的D1、D2測(cè)線的視電阻率擬斷面圖，圖2中顯示，上部等值線呈均勻分布，是第四系上部耕植土、砂土及砂質(zhì)粘土的電性反映，向下電阻率值均勻?qū)訝罘植?，視電阻率值相?duì)較高，分析為砂礫巖層富集區(qū)的電性分布特征；在中部等值線變化與上、下形成明顯分層界面，且有等值線閉合圈，等值線圖反映的地電信息豐富，是煤系地層的電性反映，下部等值線阻值高且成層狀密集分布，是奧陶系灰?guī)r的電性反映。在D1、D2視電阻率擬斷面圖中，我們均可明顯看到樁號(hào)220～240m位置處視電阻率等值線橫向上反映顯著，呈“臺(tái)階“狀的斷面分層情況，臺(tái)階左端視電阻率值高于右端的視電阻率值，形成峰值突起，分析是由于地下構(gòu)造的影響造成的，異常位置基本可以圈定構(gòu)造位置，通過(guò)對(duì)比分析，該異常位置與DF01斷層在平面上的對(duì)應(yīng)位置基本一致，DF01斷層落差20～30m，綜合平面分析后，定性為導(dǎo)、富水?dāng)鄬印?/p>

2.3 探測(cè)效果

瞬變電磁方法在斷層剖面上視電阻率曲線扭曲變化，橫向電阻率發(fā)生明顯變化，垂向延伸變化，形成“異常面”，可以很好判斷構(gòu)造位置，且與實(shí)際采掘情況對(duì)應(yīng)較好，同時(shí)在陷落柱剖面上能較為準(zhǔn)確地確定構(gòu)造邊界，反映出構(gòu)造形成機(jī)制，結(jié)合順層平面圖及標(biāo)高平面圖，輔助其它地質(zhì)資料，對(duì)構(gòu)造導(dǎo)富水情況能定性、半定量分析，指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)。

3 結(jié)論

通過(guò)瞬變電磁方法的使用，可知在煤礦地球物理探測(cè)中，使用該方法可以很好地尋找構(gòu)造異常，探測(cè)結(jié)果與地震勘探基本一致，說(shuō)明瞬變電磁法在構(gòu)造探測(cè)能起到很好的效果。瞬變電磁方法對(duì)構(gòu)造的探測(cè)取決于巖層破碎程度及水文地質(zhì)條件，地球物理特征的差異性是探測(cè)查明的必要前提。本次探測(cè)結(jié)果顯示，瞬變電磁法在該區(qū)域能很好地圈定構(gòu)造位置，同時(shí)對(duì)地震勘探解釋進(jìn)行補(bǔ)充，兩者綜合使用，可取得較好的地質(zhì)效果。

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P631.3

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1004-5716(2015)05-0094-03

2014-05-08

2014-05-13

任豫濤（1986-），男（漢族），山西長(zhǎng)治人，工程師，現(xiàn)從事煤田地球物理勘探工作。