瞬變電磁法和直流電法在礦井水害防治中的應(yīng)用研究

（四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610031）

1 目的任務(wù)

本次工作的勘探目的是：在21111工作面巷道頂板應(yīng)用直流電法，查明巷道頂板以上70m區(qū)域內(nèi)，地層的富水情況；在21111工作面地面采用瞬變電磁法探測(cè)地下300m區(qū)域內(nèi)地層的富水情況。

2 工區(qū)地質(zhì)情況

地層：根據(jù)鉆孔揭露及地質(zhì)填圖資料，工區(qū)地層主要有侏羅系地層，主要巖性為砂巖、泥巖、礦層；古近系地層，主要巖性為砂巖、泥巖；第四系主要是坡積殘積物（Q3），沖積偶含礫砂土。

構(gòu)造：工區(qū)位于界梁子-尖山子背斜的一翼，較平緩的褶曲褶皺，地層傾角一般6°～9°，無(wú)斷裂帶。

3 工區(qū)地球物理特征

工區(qū)的電性模型如下，21礦層頂板上部40m～45m為一隔水層，主要是侏羅系地層的砂質(zhì)礦物及泥質(zhì)礦物，視電阻率值為5Ω·m～20Ω·m；緊接著上部是110m～120m的含水層，其水位線在標(biāo)高805m，主要是古近系地層，視電阻率值為15Ω·m～25Ω·m；最上部是第四系覆蓋層，主要是坡積殘積物（Q3），沖積偶含礫砂土，其視電阻率值為30Ω·m～50Ω·m。可見(jiàn)，隔水層的視電阻率值要比含水層的視電阻率值低，那因?yàn)楦羲畬拥哪噘|(zhì)礦物和砂質(zhì)礦物處于飽和水狀態(tài)，砂質(zhì)礦物含水層電阻率值要比不含水的砂巖電阻率低。

4 工程布置

瞬變電磁L13與21111工作面下順槽礦井直流電法測(cè)線重合，瞬變電磁L1與21111工作面上順槽礦井直流電法測(cè)線重合。瞬變電磁測(cè)線由L1-L13均勻的布置在21111工作面內(nèi)，點(diǎn)號(hào)由南西方向往北東方向逐漸變大，線號(hào)由南東方向往北西方向逐漸變大。

5 瞬變電磁資料分析

（1）L1線視電阻率測(cè)深剖面分析

標(biāo)高在21號(hào)礦層線至地表，等值線大致呈層狀分布，剖面成層性很好，整體大致可以分成4層，從上到下依次為中高阻層、中阻層、中等低阻層、低阻層。在805水位線以下的地層，其視電阻率值基本比水位線以上的視電阻率值要低，這一層為砂巖含水層，物探分界線很明顯；805水位線以上為不含水的砂巖和覆蓋層，其視電阻率最高；從侏羅系與古近系的分界線至805水位線，這一層為含水的砂巖層。21礦層線與侏羅系與古近系的分界線之間，為砂巖、泥巖隔水層，其視電阻率值最低，處于飽和水狀態(tài)，但導(dǎo)水性很弱。

從橫向上看，剖面視電阻率值變化穩(wěn)定，變化較為平緩，局部有等值線陡變，電阻率值變大的現(xiàn)象。在侏羅系地層中，點(diǎn)號(hào)0～480、點(diǎn)號(hào)480～1120、點(diǎn)號(hào)1440～1520之間，為低阻異常帶（藍(lán)色線圈）；點(diǎn)號(hào)1120～1440、點(diǎn)號(hào)1520～2040之間為中等低阻帶（綠色線圈）；在古近系地層中，點(diǎn)號(hào)0～240、標(biāo)高790～840之間，點(diǎn)號(hào)1280～1520、標(biāo)高760～780之間，為富水區(qū)（粉色線圈）；點(diǎn)號(hào)240～920、標(biāo)高780～820之間，點(diǎn)號(hào)920～1060、標(biāo)高780～840之間，點(diǎn)號(hào)1180～1220、標(biāo)高750～820之間，點(diǎn)號(hào)1620～1900、標(biāo)高750～790之間，點(diǎn)號(hào)1960～2040、標(biāo)高750～780之間，為中等富水區(qū)（紅色線圈）；點(diǎn)號(hào)0～320、標(biāo)高840～870之間，點(diǎn)號(hào)240～960、標(biāo)高830～850之間，點(diǎn)號(hào)1060～1180、標(biāo)高750～820之間，點(diǎn)號(hào)1200～2040、標(biāo)高800～830之間，點(diǎn)號(hào)1540～1620、標(biāo)高750～780之間，為弱富水區(qū)（藍(lán)色線圈）。在第四系地層中，整體電阻率較高，為中高阻區(qū)。

（2）順層切片圖資料分析

如圖1所示，21號(hào)礦層頂板+45m切片圖處于古近系含水層，805水位線以下，其富水區(qū)主要分布測(cè)區(qū)中部，主要范圍是L1～L13測(cè)線的400～960號(hào)點(diǎn)、1040～1560號(hào)點(diǎn)；中等富水區(qū)主要分布在測(cè)區(qū)北部、南部，主要范圍是L1～L13測(cè)線的0～640號(hào)點(diǎn)、840～1040號(hào)點(diǎn)、1560～2040號(hào)點(diǎn)；弱富水區(qū)主要集中在中部和北部，主要范圍是L1～L8的1240～1480號(hào)點(diǎn)、L9～L13的1760～2040號(hào)點(diǎn)。

圖1 距21號(hào)礦層頂板45m的順層視電阻率切片圖

結(jié)合6個(gè)地面直通放水鉆孔DF17、DF18、DF19、DF20、DF23、DF27的情況分析：DF23、DF27的現(xiàn)放水量相對(duì)較大，與物探劃分的低阻異常區(qū)相對(duì)應(yīng)；DF18的現(xiàn)放水量相對(duì)較低，與物探劃分的中等低阻異常區(qū)相對(duì)應(yīng)。

6 礦井直流電法資料分析

從縱向上看，等值線大致呈層狀分布，整體大致可以分成2層，從上到下依次為中等低阻層、低阻層，其中低阻層與中低阻層的界線與地質(zhì)界線幾乎吻合，說(shuō)明該剖面視電阻率等值線及數(shù)值很好的反映了地層情況。從橫向上看，剖面視電阻率值變化穩(wěn)定，變化較為平緩，局部有等值線陡變，電阻率值變大的現(xiàn)象。在侏羅系地層中，點(diǎn)號(hào)0m～1800m、標(biāo)高720m～780m，為低阻層，解釋為低阻異常區(qū)；在古近系地層中，點(diǎn)號(hào)780m～880m、標(biāo)高790m～810m之間等區(qū)域，解釋為富水區(qū)；點(diǎn)號(hào)900m～1040m、標(biāo)高760～820之間等區(qū)域，解釋為弱富水區(qū)。

7 21111工作面上、下順槽與L1、L13瞬變電磁測(cè)線的資料對(duì)比

①直流電法、瞬變電磁的視電阻率剖面的低阻層、中等低阻層相互對(duì)應(yīng)，說(shuō)明兩種方法的成果資料統(tǒng)一性較高，一致性較好；②直流電法視電阻率剖面局部的信息更為細(xì)致，能反映出范圍較小的低阻體；③瞬變電磁視電阻率剖面整體性較好，能反映出工區(qū)縱向上的地層結(jié)構(gòu)。④從視電阻率等值線圖看，可基本反映地質(zhì)形態(tài)，與實(shí)際揭露地質(zhì)形態(tài)相吻合。

8 結(jié)論

通過(guò)上述勘查工作的實(shí)例，說(shuō)明了瞬變電磁法和礦井直流電法可以在礦層周?chē)欢ò踩疃确秶鷥?nèi)查明積水區(qū)的分布情況，在防治水方面取得好的物探成果，幫助礦企在防治水工作中提前預(yù)防危險(xiǎn)。同時(shí)也分析了瞬變電磁法和礦井直流電法在分析解釋資料時(shí)，他們的一致性和差異性，兩種方法的優(yōu)劣性。