井田地質勘探技術手段相關研究

■許鵬　聶天

（中國建筑材料工業地質勘查中心山西總隊　山西　太原　030031）

井田地質勘探技術手段相關研究

■許鵬聶天

（中國建筑材料工業地質勘查中心山西總隊山西太原030031）

根據礦井地質條件、物理特征等，合理選擇綜合物探技術，通過實例分析，從而證明瞬變電磁和地震兩種相結合的物探方法在井田地質勘探中的有效性。

綜合物探技術地質勘探應用

1　引言

探明礦井地質條件是迫切需要解決的問題，但長期以來井田地質勘探主要采用鉆探的方法較多，由于施工探測鉆孔難度大、成本高，所獲取數據、資料在精度上不同程度地受到施工人員技術、經驗水平等方面的制約。因此，特別需要采用更加先進科學的綜合探測技術與方法來解決。

2　物探原理和特點

2.1瞬變電磁法探測原理和特點

瞬變電磁法，又稱為時間域電磁法(TEM)。其通過不接地回線或接地長導線供以雙極性脈沖電流，當回線中的穩定電流突然切斷后，根據電磁感應理論，發射回線中電流突然變化必將在其周圍產生磁場．TEM具有受體積效應影響小、縱橫向分辨率高、探測深度大、發現異常能力強、受地形影響小、施工方便、快捷、效率高等優點。但當地面測點上方有高壓線、測點周圍有大的金屬結構或測區地下有綜采設備等大型金屬用電設備時，測量數據會受到較大干擾，不利于解釋。

2.2地震法探測原理和特點

地震法具有分辨率高，勘探深度大，施工速度快，成果直觀等特點。但是，采空區上方巖石破碎，地震波要發生散射，使得有效波不能很好地得到，進而影響到探測的準確性。

2.3激發極化法探測原理和特點

在直流電法勘探中，當電極排列向大地供入或切斷電流的瞬間，在測量電極之間總能觀測到隨時間緩慢變化的附加電場，稱為激發極化效應。激發極化法最大的優點是對水的反映直觀，受地形影響小。理論表明，假若地質體的激發極化特征是均勻的、各向同性的，那么不論其巖性如何，電阻率怎樣，也不管地形怎樣起伏，測深曲線將為一條直線。

基于以上三種物探方法的特點，本次物探決定采用三種方法的聯合，發揮各自的優勢，彌補一種方法的不足，提高探測精度。

3　實例分析

3.1勘探區概況

勘探區位于霍西煤田的中西部，隸屬于山西焦煤霍州煤電集團的一座資源整合礦井（由原洪洞雙昌、魯生、師村3個地方小煤礦整合而成），井田面積6.4 km2。根據掌握的鉆探資料及小窯采掘情況，存在構造格局、含導水情況不詳，小窯采空區分布及采空區積水范圍不明等突出問題，對礦井初步設計造成很大的困難，對礦井的安全生產造成極大的隱患。

3.2勘探區地形地質條件

勘探區大部分為第四系黃土覆蓋，厚度一般40-140米左右，潛水位深度一般大于180m；此外溝谷縱橫、陡坎發育，地形高差較大（最大可達100米）。勘探區發育的地層有：奧陶系中統峰峰組(O2f)，石炭系中統本溪組（C2b），上統太原組（C3t），二疊系下統山西組（P1s），下石盒子組（P1x），上統上石盒子組（P2s），第四系中上更新統（Q2+3）；主要含煤地層為石炭系上統太原組(C3t)的9+10#和11#煤層和二疊系下統山西組 (P1s)的2#煤層（已采空），2#煤下距9+10#煤層90-108m，平均101m，9+10#煤層煤埋藏變化較大，范圍從20m-450m，下距11#煤層8-13m，平均10m，11#煤層下距奧陶灰巖頂面22-28m，平均25m。勘探區主要構造形跡以正斷層為主，伴生有背斜構造。根據鉆孔資料及出露情況，本區主要為一背斜形態。通過歷次勘查在區內共發現7條斷層，各煤礦井下揭露大小斷層3條，均為走向北東的正斷層。褶曲因受斷層影響，軸向與斷層相似。

3.3資料處理與解釋

（1）異常解釋方法。本區第一階段瞬變電磁法以單測線多測道電壓剖面圖和視電阻率擬斷面圖為主，同時考慮了實際地質情況及各種干擾因素進行綜合分析解釋。第二階段以單測線多測道電壓剖面圖、視電阻率擬斷面圖和視電阻率平面等值線圖為主，同時考慮了實際地質情況及各種干擾因素，結合直流激電測深進行綜合分析解釋。瞬變電磁多測道電壓剖面圖低值響應部分為高阻層，高值響應部分為低阻層，不但能反映各測點垂直方向電性變化情況，而且還能反映不同深度沿水平方向電性變化情況。瞬變電磁視電阻率擬斷面圖能比較詳細和清楚地反映地下構造特征和各種地質現象，正常的沉積地層等值線基本呈水平層狀分布，當有異常體存在時，等值線將發生畸變，呈現各種形態的變化。瞬變電磁視電阻率平面等值線圖能形象直觀地反映地下巖層、構造等的整體特征以及能反映區內煤層的采空與含水情況。當存在諸如采空區、陷落柱、斷層等地質構造時，不同高程的視電阻率等值線將發生畸變，研究視電阻率等值線在不同高程和同一高程水平方向上的變化特征，即可確定異常體的形態、埋深和賦存狀態等。直流激電測深法采用人工和微機相互結合的解釋方法，結合對比孔旁測深曲線及已知參數點資料，對曲線進行認真細致的分層定性定量解釋，為瞬變電磁提供解釋參數，以提高資料解釋的精度。

（2）異常特征概述。根據測區煤層的埋深情況，縱向對比各測線的視電阻率擬斷面圖，淺層表現為高阻且視電阻率等值線變化梯度較大，應為電阻率較高的第四系黃土層；下層視電阻率等值線變化梯度比上層小，為電阻率較低的煤系地層；深層高阻區視電阻率等值線變化梯度比上一層大，為奧陶系峰峰組灰巖，這與測區鉆孔的測井資料所反映的地層電性特征相似，如圖3 TEM視電阻率擬斷面圖。

（3）干擾異常解釋。本測區構成對瞬變電磁法的干擾因素主要是測區中各村莊和煤礦供電電線、地表房屋以及鐵磁干擾等，其中在高壓線附近一百多米以內形成了不可抗拒的干擾源，采集數據時在高壓線附近增加了數據疊加次數，局部區段取得了一定的抗干擾效果，但收效甚微。

（4）技術成果。基本查明了2#、9#+10#、11#煤層的采空與賦水情況。其中，2#煤層已大面積采空，且部分采空區含水或受斷裂破碎帶影響局部賦水，存在5處含水量較大的富水區和6處含水量不大的賦水區；9#+10#、11#煤層整體賦存較完整，僅局部位置出現采空，但局部地層受斷層影響存在3處含水量較大的富水區和6處含水量不大的賦水區。同時，解釋了2處2#煤層煤層變薄區。

4　結論

本次勘探進一步查明了該區域的地質條件，尤其是幾條落差較大斷層的確定，為采掘設計、工程施工和安全生產提供了可靠的地質依據。雖然地面物探技術存在難以避免的多解性問題，但選取多種不同原理的物探方法，互補各自的不足，方可獲得較為理想的數據。本文成果充分說明這三種方法是比較合理的技術組合，可以在井田地質勘探中大范圍推廣應用。

[1]中華人民共和國煤炭行業標準《煤炭煤層氣地震勘探規范》 （MT/T897-2000）、《地面瞬變電磁法技術規程》 （DZ/T 0187-1997）、《煤炭電法勘探規范》 （MT/T 898-2000）。

[2]衛金善，等.綜合勘探方法在成莊礦井地質構造探測中的應用 [J]，中國煤田地質，2002。14(4).

P624[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-122-1