綜合物探技術在礦山水文地質中的應用

白 一 清

(山西省煤炭地質144勘查院，山西 洪洞 041600)

?

綜合物探技術在礦山水文地質中的應用

白 一 清

(山西省煤炭地質144勘查院，山西 洪洞 041600)

從瞬變電磁法與可控源音頻大地電磁測量法兩種技術著手，分析了其技術原理，闡述了綜合物探技術在礦山水文地質勘探中的應用，其應用效果表明，多種技術相結合的綜合物探手段對于明晰礦山水文地質狀況，確保井下安全生產有積極意義。

礦山，綜合物探技術，水文地質，TEM，CSAMT

0 引言

隨著21世紀全球經濟的飛速發展，能源供給日趨緊張，這在不斷推動煤炭產業飛速發展的同時，也對煤礦安全提出了更高的要求。特別是隨著煤炭開采深度的不斷增加，井下地質環境日趨復雜，各類透水事故時有發生，為企業造成了嚴重的經濟損失。有鑒于此，積極探索行之有效的綜合物探技術，實現井下生產水害的有效防治意義重大。

1 綜合物探方法與原理分析

1.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法(TEM)，其工作實質上是將未與地線相連的通電回路或接地的導線充當場源，通過刺激探測對象感應生成二次電流，進而借由測定脈沖間隙電磁場變化相應狀況來判定地質狀況的一種方法。由于二次場的持續時間非常短暫，近乎為瞬時，所以從根本上而言其是一種時間域電磁法。

這種方法的物理基礎是電磁感應原理。借助具有導電特性的物質在發生階躍變化的電磁場中會產生渦流場變化的特性，其作業原理示意圖如圖1所示。

這種方法相較于其他電磁測量方式，不僅體積效應小、分層能力強、異常相應狀態簡單，便于數據分析與解讀，而且具備良好

的穿透性能，能夠實現深部測量與剖面測量的同步開展，為地質狀況的判定提供更多的參考資料。此外，瞬變電磁法對于低阻反應十分靈敏，能夠清晰的凸顯出微弱的電阻率變化，從而對礦區內含水地層的劃分提供便利。

瞬變電磁法數據的獲得主要借由對觀測所得參數ΔV2/I實施自相關濾波處理后，再依照晚期電阻率、視深度及縱向電導等計算公式轉變為相應的全期ρτ(t),sτ(t)與Hτ(t)參數，并繪制出與之相對應的ρτ(t),sτ(t)，Hτ(t)平面等值線圖與斷面等值線圖，以充當資料解讀的基礎性文件。

1.2 可控源音頻大地電磁測量法

可控源音頻大地電磁測量方法英文簡稱CSAMT，是指借助一定的發射裝置，通過頻率不一的交流電源發射不同的電磁波，然后通過對比分析地表所接收到電磁場振幅與相位的變化，實現地質環境的勘測。

依據交流電所具有的集膚效應，不同頻率電磁波所具備的穿透性能也各不相同，一般而言在淺部地層廣泛分布著各種高頻率電磁場，而深部地層中則分布有各種低頻率電磁場。所以，通過對不同電磁頻率的轉換，便能夠對深部不一的地層地質狀況進行探查。

這種電磁測量手段相較于常規的直流電探測方法具備高分辨力、強穿透性及各向異性小等優勢。在具體的使用上，需要先根據勘測區域地質資料，選取適宜的ResSmth參數，然后借由對阻抗相位斷面圖電性轉變與卡尼亞視電阻率改變及底層結構變化的反演研究，進而獲得二維反演視電阻率斷面圖，并以此為依據進行地質解釋。

1.3 設備布置

為確保所測得數據在擁有適宜深度的同時具備充足的信噪比，并能夠充分規避其他外界干擾的影響，所以選用瞬變電磁法進行測量作業時必須布設大型回線源裝置，發射框形狀為正方形，邊長900 mm，數據通過探頭進行接收；可控源音頻大地電磁測量法的測量設備屬于赤道裝置，通過深度測定中的標量測量進行測定，在其水平方向上電場(MN)應與同場源(AB)相平行，水平磁場則同場源進行垂直布設，如圖2所示。

2 資料解讀

經過測量所獲得的各類數據必須經過解讀后才能進行實際使用，解讀時必須遵守由易到難、由點及面的準則，借由多次的反復對比分析，以確保電磁數據轉換為地質數據的真實可靠。除此之外，在進行資料解讀作業時，技術人員還應參照礦井現有地質資料(前期探測數據、生產作業所得數據、周邊老礦區水文資料等)，同時對資料進行有效的實地校對，確保在其有效性的基礎上再進行電性參數的研究，以保證電阻率通電性層間的一一對應。

以瞬變電磁法為例，在進行實測曲線解釋時，必須有效區分因噪聲干擾而生成的畸變曲線，并剔除其他良導體因此的參數異常，重點針對含水層含水性同曲線衰減規律間關系開展分析。

3 實例分析

3.1 某礦TEM法探測

由圖3中h277線斷面分析可知，1960，2060，2280，2520，2920，3140號點周邊，等值線存在下降的扭曲變化，同地震斷層推斷區域基本一致。圖3中斷層周邊存在低阻異常的現象，可以推斷得出該區域屬于斷層裂隙帶組成的富含水地層。

借由此次地質勘探，參照現有鉆孔與地震資料，可知所針對設計區域內石炭系地層與奧陶系地層為富含水異常區域，并對這一區域斷層導水特性進行分析，確定了異常區域面積及水害威脅性。

3.2 某礦CSAMT法探測

圖4為借助田10鉆孔資料針對T163線進行的CSAMT法反演電阻率斷面示意圖，通過圖4分析可知，整個斷面自淺部到深部可大體劃分為四個較為顯著的電性層。

圖5為T138線等視電阻率斷面示意圖，通過分析可知，在奧灰巖地層周邊，電性呈現典型的層狀分布態勢。其中4020點周邊區域，等值線發生扭曲與下降，同前期地震勘測推斷結果相同。

結合此次勘探結果，并參考以往鉆孔探勘資料，可以對奧灰巖區域各等級含水層賦存環境，賦存區域大小及形態特征等進行探明，對斷層導水性有了初步了解，從而為如何有效消除局部富水區域對井下生產的安全威脅提供數據指導，有效確保生產的持續、安全開展。

4 結語

合理且科學的綜合運用多種不同物探技術并參照已有地質勘測資料，從而對勘測區域內含水層分布狀況及賦存形態加以明晰，并明確各層間導水特性，屬于一種作用顯著且高效的水文地質勘測方法，能夠為礦井正常生產作業的高質、高速開展提供有力保障。

[1] 王星明.綜合物探技術在勘查礦區水文地質中的應用[J].礦業安全與環保,2007(S1):22-24.

[2] 劉飛虎.綜合物探方法在煤礦水文地質中的應用分析[J].煤礦現代化,2013(2):84-85，88.

[3] 劉重舉.綜合物探技術在礦井生產中的應用[J].河北能源職業技術學院學報,2013(2):61-63.

[4] 李 軍,田 明.綜合物探在水文地質調查中的應用[J].西部探礦工程,2012(7):150-155.

[5] 武 毅,劉國輝,潘和平,等.綜合物探方法預測松散含水層涌水量技術研究[J].工程地球物理學報,2012(5):544-550.

[6] 胡承林.綜合物探技術在煤礦采空區的應用研究[D].成都：成都理工大學,2011.

The application of comprehension geophysical prospecting technology in mine hydrology geology

Bai Yiqing

(ShanxiCoalGeologicalNo.144SurveyInstitute,Hongtong041600,China)

From the transient electromagnetic method and controlled source audio electromagnetism measurement method two kinds of technologies, based on the analysis on its technology principle, elaborated the application of comprehension geophysical prospecting technology in mine hydrology geology exploration, its application effect showed that, a variety of technology combined with comprehension geophysical methods had positive significance to clear the mine hydrology geology condition, ensured the coal mine safety production.

mine, comprehension geophysical prospecting technology, hydrology geology, TEM, CSAMT

1009-6825(2016)32-0094-03

2016-09-02

白一清(1980- )，男，助理工程師

P624

A