瞬變電磁法在何家塔煤礦水文探測中的應(yīng)用

馬郵國，劉旭東，李 萍，宋方舟，成 龍

（1.陜西韓城天久注漿勘探有限責(zé)任公司，陜西 韓城 715499；2.陜西地礦物化探隊有限公司，陜西 西安 710043）

0 引 言

煤礦水害是制約礦井安全生產(chǎn)的主要因素之一。為了防治煤礦突水水害發(fā)生，在煤層開采之前查明煤層頂?shù)装鍑鷰r的富水情況，以及斷層、裂隙等導(dǎo)水構(gòu)造的分布對煤礦開采十分重要。

瞬變電磁法（TEM）對低阻體敏感，近些年被廣泛應(yīng)用于探測煤礦富水異常區(qū)。本文研究區(qū)位于何家塔煤礦，通過采用瞬變電磁法對50106工作面上覆火燒區(qū)（4-2上煤層）進(jìn)行探查，查明了富水異常區(qū)的分布范圍，為煤礦安全生產(chǎn)提供了保障[1]。

1 煤礦水文地質(zhì)

煤礦自新到老發(fā)育的含水層有河谷第四系（Q）沖積層孔隙潛水含水層、梁塬區(qū)中更新統(tǒng)黃土（Q2）孔隙裂隙潛水含水層、第三系上新統(tǒng)下段砂礫石（N21）弱含水層、侏羅系中統(tǒng)延安組砂巖（J2y）裂隙含水層組、侏羅系下統(tǒng)富縣組砂巖（J1f）裂隙承壓含水層、三疊系上統(tǒng)永坪組（T2y）砂巖裂隙承壓含水層、燒變巖潛水含水層。

2 地球物理特征

工作區(qū)巖性主要有含水砂巖、泥巖、黏土、風(fēng)積沙、砂質(zhì)泥巖、4-2上煤、砂巖。工作區(qū)巖性電物性特征見表1。

從表1可以看出，不同巖層與含水巖層視電阻率差異非常明顯。

表1 工作區(qū)巖性電物性特征統(tǒng)計Table 1 Statistics of lithologic and electrical properties in working area

3 施工方式與數(shù)據(jù)處理

3.1 施工方式

此次探測范圍面積約為0.25 km2，布設(shè)網(wǎng)度20 m×20 m，測線方位角329°，測線54條，測點(diǎn)702個（圖1）。使用儀器為HPTEM-18型高精度瞬變電磁系統(tǒng)，選用發(fā)射接收頻率為6.25 Hz，疊加次數(shù)為200次的參數(shù)進(jìn)行測量。

圖1 瞬變電磁測量工作布置示意Fig.1 Arrangement of transient electromagnetic measurement

3.2 數(shù)據(jù)處理

瞬變電磁法觀測數(shù)據(jù)是各測點(diǎn)各個測道的瞬變感應(yīng)電壓，通過濾波、時深轉(zhuǎn)換、繪制參數(shù)圖件等步驟，換算成視電阻率，視深度等參數(shù)，對資料進(jìn)行下一步解釋。

4 資料解釋

根據(jù)每條測線的斷面圖，分析在該工區(qū)地質(zhì)剖面上可能存在的異常，再對各含水層位的平面圖可能存在的異常的分布規(guī)律進(jìn)行解釋，最后根據(jù)斷面圖和平面圖結(jié)合已有的地質(zhì)資料綜合分析解釋，確定水文地質(zhì)異常分布范圍。

4.1 斷面分析

圖2為1區(qū)156、160測線視電阻率擬斷面圖。從圖2中可以看出156線4-2上煤標(biāo)高處中部向北部電阻率變低，160線南部視電阻率相對較低，南部電阻率緩慢變高，156線的距離180~240 m處、160線的距離0~160 m處有明顯低電阻率形態(tài)呈現(xiàn)，表明局部視電阻率低值是存在的。

圖2 1區(qū)156、160測線視電阻率擬斷面圖Fig.2 Quasi-profile of apparent resistivity of No.156 and No.160 lines in No.1 area

圖3為2區(qū)258、262測線視電阻率擬斷面圖。從圖3中可以看出258線、262線4-2上煤標(biāo)高處，距離140~200 m處有明顯低電阻率形態(tài)呈現(xiàn)，表明局部視電阻率低值是存在的。

圖3 2區(qū)258、262測線視電阻率擬斷面圖Fig.3 Quasi-profile of apparent resistivity of No.258 and No.262 lines in No.2 area

多個測線斷面特征看出，4-2上煤標(biāo)高處視電阻率特征與4-2上煤火燒區(qū)分布特征大致相似，局部有相對低阻值或相對高阻分布，在局部低阻分布范圍表明其位置巖層視電阻率較小，可能為火燒區(qū)含水相對較富水范圍。

4.2 平面分析

圖4為1區(qū)4-2上煤標(biāo)高1 090—1 095 m視電阻率等值線平面圖。從圖中看出，測區(qū)中部視電阻率呈現(xiàn)相對較低形態(tài)，測區(qū)西部、東部視電阻率呈現(xiàn)相對中低形態(tài)，由于火燒區(qū)存在較多的裂隙，致使含水地層水由地層向破碎區(qū)域匯集，造成低阻的電性特征。通過數(shù)據(jù)處理分析，1區(qū)共劃分出低阻異常2個，均落于煤層火燒區(qū)范圍，展布方向與煤層出露界線一致，編號為S1、S2。

圖4 1區(qū)4-2上煤標(biāo)高1 090—1 095 m視電阻率等值線平面圖Fig.4 The plane of apparent resistivity isoline of elevation 1 090~1 095 m of No.4-2 upper coal in No.1 area

圖5為2區(qū)4-2上煤標(biāo)高1 085—1 090 m視電阻率等值線平面圖。從圖中看出，測區(qū)中部視電阻率呈現(xiàn)相對較高形態(tài)，測區(qū)北部、西部、東部視電阻率局部呈現(xiàn)相對較低形態(tài)，由于火燒區(qū)存在較多的裂隙，致使含水地層水由地層向破碎區(qū)域匯集，造成低阻的電性特征。通過數(shù)據(jù)處理分析，共劃分出低阻異常5個，其中4個低阻異常處于煤層出露線附近的火燒區(qū)位置，一個低阻異常位于遠(yuǎn)離煤層出露線的未火燒范圍，5個異常編號為S3、S4、S5、S6、S7。異常特征見表2。

圖5 2區(qū)4-2上煤標(biāo)高1 085—1 090 m視電阻率等值線平面圖Fig.5 The plane of apparent resistivity isoline of elevation 1 085~1 090 m of No.4-2 upper coal in No.2 area

表2 瞬變電磁異常特征Table 2 Transient electromagnetic anomaly feature

5 結(jié) 論

（1）在研究區(qū)范圍內(nèi)共發(fā)現(xiàn)7處相對低阻富水性異常區(qū)，主要位于研究區(qū)1區(qū)中部，2區(qū)中東部，建議在煤礦生產(chǎn)時，對富水區(qū)域采取防治水措施，減少煤層開采時所帶來的安全隱患。

（2）瞬變電磁法對低阻體敏感，是煤礦探測富水區(qū)的重要手段。

（3）由于瞬變電磁法有其多解性，所以在解釋中應(yīng)將物探結(jié)果與已知地質(zhì)資料、水文地質(zhì)資料結(jié)合起來綜合分析，對物探資料去偽存真，取得更好的地質(zhì)效果，提高解釋成果的可靠度。