瞬變電磁物探技術(shù)在探查斷層富水性中的應(yīng)用

董蘇蘇++李強++王傳盈

摘 要：鄆城煤礦局部水文地質(zhì)條件復(fù)雜、斷層發(fā)育且導(dǎo)水，嚴(yán)重威脅施工安全。1308工作面面內(nèi)發(fā)育FJ30斷層（傾角70°，落差0～5m），需要對其進(jìn)行物探探查。根據(jù)目前電磁法物探技術(shù)的發(fā)展，瞬變電磁法是當(dāng)前煤田水文地質(zhì)勘探中首選方法。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁技術(shù)；超前探查；斷層富水性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.103

鄆城煤礦位于山東省鄆城縣境內(nèi)，行政區(qū)劃屬鄆城縣潘渡鎮(zhèn)，礦區(qū)南北邊界距鄆城縣城約2km和16km。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力240萬噸/年，服務(wù)年限111.7a，采用立井開拓，設(shè)計開采深度標(biāo)高-450m至-1750m，井底車場水平為-845m。

井田位于巨野煤田最北端，南部、東南部分別與郭屯井田、彭莊井田毗鄰，面積198.284km2，為全隱蔽的華北型石炭、二疊系煤田。煤系以中、下奧陶統(tǒng)為基底，沉積了石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系山西組、石盒子組，其上被新近系和第四系所覆蓋。主要含煤地層為山西組和太原組。主采及首采為3煤層，平均厚6.71m，礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等類型。

1 工作面概況

1308工作面（3煤）位于山西組中下部，煤層埋深在884～1025m之間，賦存較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡單，傾角8～13°，平均9°。煤層厚度6.0～7.7m，平均為6.8m， 含1～2層夾矸，第一層夾矸上距煤層頂板2.4m，厚0.03m，巖性為泥質(zhì)砂巖，該層夾矸賦存穩(wěn)定，為3煤的主要標(biāo)志層；第二層夾矸下距煤層底板平均為0.36m，厚0.15m，巖性為炭質(zhì)泥巖。根據(jù)1308工作面掘進(jìn)地質(zhì)說明書資料，對工作面有直接充水影響的含水層為3煤層頂、底板砂巖及太原組三灰含水層，間接充水含水層為石盒子組砂巖含水層。

2 瞬變電磁技術(shù)

瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場，從而探測介質(zhì)電阻率的一種方法。其基本工作方法是：于地面或空中設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次電磁場，并在地下導(dǎo)電巖礦體中產(chǎn)生感應(yīng)電流：斷電后，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時間衰減。

瞬變電磁技術(shù)施工效率高，純二次場觀測以及對低阻體敏感，在高阻圍巖中尋找低阻地質(zhì)體是最靈敏的方法，且無地形影響，使得它在當(dāng)前的煤田水文地質(zhì)勘探中成為首選方法。

3 探查施工

此次探查采用加拿大產(chǎn)PROTEM CM儀器。通過將TEM47HP發(fā)射系統(tǒng)與PROTEM數(shù)字接收機(jī)集成為一體，PROTEM CM發(fā)射接收一體機(jī)大大改善了用戶對設(shè)備使用的便攜性及方便性。相對于獨立的發(fā)射與接收系統(tǒng)，該設(shè)備的體積更小而重量減少了一半，更加適合在礦井內(nèi)部及環(huán)境更加嚴(yán)苛的崎嶇地形使用。PROTEM CM無需外接參考線電纜進(jìn)行同步，可以進(jìn)行單分量以及連續(xù)三分量的采集功能，其發(fā)射功能等同于TEM47HP，并與PROTEM其他發(fā)射機(jī)相匹配。通過多種參數(shù)組合試驗，對比各組參數(shù)下的探查效果，采用30個時間門、8s觀測時間、匹配廠家訂制的1.5m*1.5m多匝發(fā)射線圈。

本次主要是探查1308工作面1#探查硐室左右、上下及前方90m范圍內(nèi)的富水異常區(qū)，結(jié)合探測現(xiàn)場情況及要求，超前探查共布置16個探測方向：即水平方向7個（左90°、左60°、左30°、0°、右30°、右60°、右90°），垂直方向9個（上90°、上60°、上30°、上15°、0°、下15°、下30°、下60°、下90°）。

4 數(shù)據(jù)處理

本次瞬變電磁探測數(shù)據(jù)處理采用REATEM礦井全空間瞬變電磁處理系統(tǒng)，其處理主要流程為：文件轉(zhuǎn)換—數(shù)據(jù)分選—濾波顯示—視電阻率計算—深度反演—深度校正—斷面圖繪制—成圖。處理過程中對所利用的重點測道要求為實測的圓滑數(shù)據(jù)，晚期道使用了高斯低通濾波進(jìn)行噪聲處理；再結(jié)合實際地質(zhì)資料與鉆井資料約束反演，最后通過對比分析不同方向視電阻率切片圖，結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料解釋工作面前方富水異常區(qū)域。

5 成果解釋

經(jīng)上述數(shù)據(jù)處理，獲得1#探測硐室各個方向和角度切片，圖中用不同色調(diào)代表巖層不同的視電阻率值，從冷色（藍(lán)）到暖色（紅）的變化，分別反映出巖層視電阻率從低到高的變化情況。

共圈定兩處較為集中的異常區(qū)，分別編號為：一、二號異常區(qū)，本文主要探討一號異常區(qū)。如圖5-1、5-2、5-3所示，探測的異常區(qū)域主要是視電阻率值<0.4Ω·m的異常區(qū)域。1號異常區(qū)（頂板異常區(qū)）：圈定的1號異常區(qū)位于1#探測硐室前方60～90m，方位角266°～298°之間，頂板以上0～60m范圍內(nèi)。結(jié)合頂板水文地質(zhì)資料綜合分析認(rèn)為：1號異常區(qū)可能為頂板細(xì)砂巖、中砂巖含水層局部富水異常區(qū)或局部構(gòu)造（FJ30斷層）富水異常區(qū)。

6 打鉆驗證物探效果

礦方對本次物探成果進(jìn)行了打鉆驗證，鉆孔結(jié)果如下：探1方位角271°，傾角10°，孔深約70m處水量約2m?/h，經(jīng)過疏放已無水，終孔深度83.5m；探2方位角285°，傾角35°，孔深約77m處水量約4.5m?/h，經(jīng)過疏放已無水，終孔深度98.3m；探1方位角294°，傾角50°，孔深82m處水量約6m?/h，目前正在疏放中，終孔深度117m。

7 瞬變電磁技術(shù)在構(gòu)造探查中的應(yīng)用價值

根據(jù)瞬變電磁技術(shù)在1308工作面中的實際應(yīng)用，可以看出其準(zhǔn)確率較高，因此在礦井掘進(jìn)過程中對巷道前方、回采工作面形成后對面內(nèi)運用該項技術(shù)探查迎頭前方及面內(nèi)構(gòu)造富水性具有十分重要的現(xiàn)實意義，可以查清迎頭前方及面內(nèi)構(gòu)造的富水情況，這為迎頭下一步的掘進(jìn)以及隨后的工作面回采過程中制定生產(chǎn)接續(xù)計劃或改造工作面提供了可靠的技術(shù)支持，為礦方挽回了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此瞬變電磁技術(shù)在該礦或相似地質(zhì)條件下進(jìn)行斷層富水性探查具有重要意義及經(jīng)濟(jì)效益價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉最亮，王鶴宇.大定源瞬變電磁法在含水?dāng)鄬訕?gòu)造探測中的應(yīng)用[J].煤田地質(zhì)與勘探，2014（40）：67-70.

作者簡介：董蘇蘇（1989-），男，助理工程師，從事礦井水害防治工作。endprint