超高密度電阻率法在燒變巖富水帶探測中的應(yīng)用

帥恩華

摘要：結(jié)合工程實例，介紹了超高密度電阻率法在勘探燒變巖富水帶中的應(yīng)用，總結(jié)了數(shù)據(jù)采集過程中的注意事項，并將成果與實際資料作了對比分析。結(jié)果表明，該方法在燒變巖富水帶的分布范圍、埋藏深度等方面的勘察上都取得了較好的效果，是一種能有效探測燒變巖富水帶的物探方法。

關(guān)鍵詞：超高密度電阻率法；燒變巖；破碎帶；礦井水害

引言：在新疆煤田火燒影響范圍大、地域廣，而火燒形成的燒變巖對煤田開采形成了一系列危害：其中以燒變巖富水帶來的礦井突水的危害為甚，因此探測燒變巖富水帶為解決煤礦水害有重要的現(xiàn)實意義。燒變巖是地表附近的厚煤層在地質(zhì)歷史時期自然使圍巖受到火燒而形成的特殊類型的巖體。不同巖性受熱后形成的燒變巖，結(jié)構(gòu)有所差異。一般粉砂巖、泥巖燒變變形破壞后，呈片狀、棱片狀等碎塊狀，裂隙發(fā)育，富水性強。隨著對燒變巖富水帶探測的要求越來越高，而其它普通物探方法：如瞬變電磁法、直流電法等受地表條件和財力限制，采集的數(shù)據(jù)信息量有限，分辨率也不高。超高密度電阻率法具有高分辨率、高效等特點，能滿足目前燒變巖勘察中要求。

1基本原理

高密度電測深法是一種高分辨的電法探測技術(shù)，與常規(guī)直流電法勘探一樣，是以探測地下目標體與圍巖之間的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一種地球物理勘探方法。當人工向地下加載直流電流時，在地表利用相應(yīng)的儀器觀測其電場分布，通過研究這種人工施加電場的分布規(guī)律達到解決地質(zhì)問題的目的。高密度電阻率法視電阻率的求取與常規(guī)電阻率方法一樣，通過給供電電極A和B供電流I，利用測量電極M和N測量電位差△u就可以獲得MN兩點間的視電阻率值。高密度電法測量裝置常用的類型有：對稱四極、對稱偶極、施倫貝謝爾、偶極-偶極、單極-偶極、赤道偶極裝置。

超級高密度電法的基本原理與普通高密度電法一致，其與普通電法的主要差異是：超級高密度電法一次布設(shè)的電極是普通高密度電法的幾倍：超級高密度電法使用的直流電源電壓遠高于普通高密度電法：超級高密度電法勘探深度能夠到達幾百米，而普通高密度電法只能達到80m左右。

2測區(qū)地球物理特征

地質(zhì)目標體的地球物理特征是電法勘探的重要物性參數(shù)，明顯的物性差異是電法勘探的實施必要前提，也是合理選擇物探方法和技術(shù)參數(shù)的依據(jù)。測區(qū)地層主要煤系地層為下侏羅統(tǒng)塔里奇克組上段和中段，上段和中段均由煤層和砂泥巖構(gòu)成：其中上段中的5煤火燒最為嚴重，而中段的7煤與10煤相對于5煤火燒范圍要小一些，而當砂泥巖發(fā)生燒變富水后與未燒變的砂泥巖存在很大的電阻差異，這為超高密度電法提供了勘探的物性基礎(chǔ)。

3工程概況

本次高密度電法探測根據(jù)地質(zhì)任務(wù)要求，在煤礦東北部歷年突水事故發(fā)生處，垂直于巖層走向（正北正南）布設(shè)測線13條，其中（5條長632m，8條712m），電極間距均為8m。

根據(jù)試驗結(jié)果采用了溫納裝置，供電電壓1000V，接地電阻小于1000Q·m：共完成測線13條。野外實測數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)檢查、反演計算、數(shù)據(jù)合并等處理后，形成綜合剖面，用surfer繪制出視電阻率剖面。在剖面解釋的基礎(chǔ)上繪制平面圖，最終形成綜合平面賦水圖。

4資料解釋

本礦區(qū)的巖體燒變標高一般深達1750m，走向西東的向斜為礦區(qū)主要構(gòu)造，勘探控制區(qū)域位于向斜的北翼，淺部為較薄的Q4土層，土層下部由砂泥巖組成的煤系地層；如果燒變巖裂隙被水充填，因水的電阻率很低，而不含水的燒變巖的電阻率較高，且未燒變的巖體因本身就有一定的含水量，所以其電阻率較不含水的燒變巖低：因此用電法在燒變巖地區(qū)找水的主要解釋方法是在找低阻點，這些低阻點往往就是含水的燒變巖或裂隙或破碎帶。通過數(shù)據(jù)合并和反演處理，得出13個綜合剖面。圖1所示為55號測線綜合視電阻率斷面圖，根據(jù)下5煤與下7煤高阻發(fā)育情況，并結(jié)合磁法勘探，推測巖石燒變深度一般發(fā)育至標高+1770m，其中1號異常為燒變巖裂隙富水帶，而2、3號異常均為構(gòu)造裂隙富水帶。

在剖面解釋的基礎(chǔ)上繪制平面圖，最終形成綜合平面賦水圖，見圖2在綜合平面圖上，共解釋2個燒變巖富水帶，其中s10-2燒變巖富水帶為其歷史突水事故水源，其突水點見圖上紅色圓圈處。

結(jié)論：（1）在燒變巖地區(qū)，超高密度電阻率法對燒變巖富水帶的勘察具有很好的效果，分辨率高，定位準確，能滿足工程勘察的高精度要求。（2）在進行布設(shè)電極時，要特別注意處理好接地電阻，盡量使接地電阻小于1000Qm。（3）電極需一次布設(shè)完成，供電電壓應(yīng)能滿足勘探控制深度。（4）在解釋資料時，應(yīng)注意斷面解釋與平面解釋相結(jié)合進行，避免得出與實際情況不相符合的結(jié)果。