瞬變電磁法在構造探測中的應用

任豫濤

(山西省煤炭地質114勘查院，山西長治046011)

瞬變電磁法在構造探測中的應用

任豫濤*

(山西省煤炭地質114勘查院，山西長治046011)

地質構造的探測是地球物理工作者在生產過程中常需研究解決的問題，對于構造的探測發現：常規的手段是通過地震勘探方法來實現的，但是瞬變電磁法（TEM）作為一種經濟適用的物探方法也可以在一定程度上探測地下地質構造。通過勘探實例，說明該方法在構造探測中具有良好的應用效果，為后期解釋地下地質構造提供幫助。

瞬變電磁法；地質構造；勘探實例

在煤礦安全生產過程中，由于水文地質條件的多樣性及復雜性，查明地下構造的富水及導水情況對礦井防治水淹工作意義重大，瞬變電磁方法（TEM）能定性判斷并半定量分析地下地質構造的富、導水情況，本文通過對煤礦地球物理勘查的應用實例，淺述瞬變電磁方法探測構造的應用效果。

1 工區概況及地球物理特征

1.1 工區概況

勘探區位于太行山中段西側，長治盆地之西部，地貌特征為山區丘陵地帶，沖溝發育，中南部地勢平緩，大面積為第四系黃土所覆蓋，區內最高點位于郭莊井田西北角，標高為+947.7m，最低點位于絳河下游，標高為+903m，高差約45m，絳河水蜿蜒曲折緩緩東流注入漳澤水庫，河床開闊，階地發育，屬海河水系的濁漳河支流。

1.2 地球物理特征

本采區地層由奧陶系、石炭系、二疊系及第四系組成。

整個第四系多由褐黃、棕黃色亞粘土為主，不整合于各時代地層之上，厚度不大，導電性能強，整個新生界松散層，均呈低阻反映，它對電測深的解釋幾乎無影響。

二疊系由泥巖、砂巖及煤層組成。其中泥巖電阻率略高于新生界，砂巖質地堅硬，導電性能差，電阻率和灰巖相當。

石炭系上部太原組主要由煤層、砂巖、泥巖、石灰巖組成。中部本溪組由砂巖、鋁質泥巖互層組成，與下伏層呈整合接觸。單層分析，厚度不大的灰巖及砂巖層屬導電較差的高阻層；粉砂巖、粘土巖、泥巖又為低阻層位，這一特定的地點條件，使石炭系宏觀上為中高阻反映。

奧陶系中統以厚層灰巖為主，當巖溶不發育時，電阻率真值接近無限大；當灰巖巖溶發育，富水性強，或富水性雖不強，但發育規模較大，巖溶裂隙體內充填有泥質物時，電阻率明顯下降，此時絕對值與巖溶發育程度及富水性有關。

眾所周知，含水采空區、斷層和巖層的電阻率遠小于不含水周圍圍巖的電阻率，這是瞬變電磁法評價采空區、斷層和含水層富水性的物理依據。陷落柱的富水和導水性也是影響其電性變化的一個重要因素，若陷落柱富水，其視電阻率值低于不富水陷落柱和周圍不富水地層的視電阻率值；若陷落柱導水，其內外的視電阻率值差別較小且低于周圍地層的視電阻率值；若陷落柱不導水，其內外視電阻率值差別較大。綜上所述采用瞬變電磁法探測，具有較好的物性條件。TEM法較其它電法具有體積效應小，分辨率高，對陷落柱、斷層等含水后形成的低阻體反映敏感，且具有足夠的勘測深度等優點。

2 應用效果

2.1 陷落柱構造TEM異常特征

利用瞬變電磁法對本區進行了地球物理勘查工作，主要查明3#煤層頂板含水層的富水情況及3#底板及奧灰水的富水情況，同時查明該區域三維地震已探明的地質構造的富水情況，并做出相關詳細的論證報告，為礦上安全生產提供可靠資料。圖1為測區內某測線視電阻率擬斷面圖，圖1中黑線為3#煤層線，DX16為三維地震已探明的陷落柱在剖面上的對應位置，根據地質任務，對該陷落柱的富水情況做出相關詳細的論證。3#煤層底板等高線上下附近的視電阻率等值線變化起伏，上部等值線呈均勻分布，是第四系上部耕植土、砂土及砂質粘土的電性反映，向下電阻率值均勻層狀分布，視電阻率值相對較高，分析為砂礫巖層富集區的電性分布特征；在中部等值線變化與上、下形成明顯分層界面，且有等值線閉合圈，等值線圖反映的地電信息豐富，是煤系地層的電性反映，下部等值線阻值高且成層狀密集分布，是奧陶系灰巖的電性反映。

圖1 1線視電阻率斷面圖

以3#煤層線為標志層位，向下以145m左右平均厚度為奧灰巖層頂界面的劃分依據，在此基礎上，我們對3#煤層頂板及底板含水層的富水情況進行詳細分析，同時對三維地震推斷的地質構造富水進行詳細論證。圖中DX16為已知地震推斷陷落柱的對應位置，由剖面圖1可以明顯看到在陷落柱上部的視電阻率等值線扭曲變化，曲線形態下凹，形成“耳朵”狀的凹陷變化，為很好的陷落柱邊界的劃分標志，DX16范圍內的3#煤層線標志層位的視電阻率等值線劇烈變化，視電阻率等值線雜亂，與周圍的曲線形態有明顯差異，且進入O2f層位后的視電阻率等值線亦具備上述特性，剖面上下反映等值線特征基本一致，標高240m以下的DX16位置處存在低阻的相對異常反映，視電阻率高低不等，反映陷落柱的內部充填物的物性特征，由于灰巖內部巖溶發育，在地質構造力作用及上覆巖層重力作用下，發生塌陷，造成上覆煤系地層隨之陷落，充填在陷落柱內部是雜亂無章的破碎巖塊，反映到視電阻率擬斷面上形態是上下雜亂，視電阻率等值線不規律，但存在電性差異特征，這是我們本次物探任務查明地質構造的理論基礎，在此條剖面上三維地震推斷陷落柱位置與瞬變電磁法剖面反映的電性異常位置基本一致。3#煤層上150m的視電阻率等值線變化基本均勻分布，在100m范圍內等值線圖有局部不均勻的高低變化，在樁號180～240m、760～830m、890～930m、1130～1180m、1240～1320m等5處存在局部低阻異常，其中180～240m、760～830m、890～930m的電阻率電性變化明顯，分析為煤層上覆地層裂隙發育充水在剖面上的異常反映，其中在890～930m位置的異常同時受陷落柱X16邊界巖層相對破碎的影響，周邊地層水沿破碎帶滲漏造成的。3#煤層下100m層位的視電阻率等值線起伏變化較大，是由于下伏地層巖性變化影響所致，在樁號180～240m、380～460m、550～640m、760～830m、1110～1130m、1170～1210m、1270～1295m等7處局部低阻異常形態突出，分析這些區段的巖層裂隙較為發育，裂隙富水性較好。同時可以看出在樁號1130～1150m的低值異常可與上覆1110～1130m樁號之間的局部小異常聯系，說明這兩個異常之間存在一定的水力聯系。奧灰頂界面層位是根據鉆孔地質資料提供的3#煤層距奧灰頂界面的平均厚度推斷出的大致層位，具備一定的參考性，在此標定的O2f層位范圍內，存在多處低值異常，在灰巖連續界面的高值背景中反映明顯，位置是樁號100～260m、380～440m、520～750m、1110～1190m。根據巖溶裂隙的地球物理特征分析，推斷樁號1110～1190m的異常是灰巖巖溶裂隙較發育，且該巖溶裂隙具有一定的富水性造成的；而樁號100～260m、380～440m、520～750m則與上覆地層的含水層存在一定的聯通關系，具有較強的導水性。

圖2 D1、D2線視電阻率斷面圖

2.2 斷層構造TEM異常特征

圖2是本次物探測量的D1、D2測線的視電阻率擬斷面圖，圖2中顯示，上部等值線呈均勻分布，是第四系上部耕植土、砂土及砂質粘土的電性反映，向下電阻率值均勻層狀分布，視電阻率值相對較高，分析為砂礫巖層富集區的電性分布特征；在中部等值線變化與上、下形成明顯分層界面，且有等值線閉合圈，等值線圖反映的地電信息豐富，是煤系地層的電性反映，下部等值線阻值高且成層狀密集分布，是奧陶系灰巖的電性反映。在D1、D2視電阻率擬斷面圖中，我們均可明顯看到樁號220～240m位置處視電阻率等值線橫向上反映顯著，呈“臺階“狀的斷面分層情況，臺階左端視電阻率值高于右端的視電阻率值，形成峰值突起，分析是由于地下構造的影響造成的，異常位置基本可以圈定構造位置，通過對比分析，該異常位置與DF01斷層在平面上的對應位置基本一致，DF01斷層落差20～30m，綜合平面分析后，定性為導、富水斷層。

2.3 探測效果

瞬變電磁方法在斷層剖面上視電阻率曲線扭曲變化，橫向電阻率發生明顯變化，垂向延伸變化，形成“異常面”，可以很好判斷構造位置，且與實際采掘情況對應較好，同時在陷落柱剖面上能較為準確地確定構造邊界，反映出構造形成機制，結合順層平面圖及標高平面圖，輔助其它地質資料，對構造導富水情況能定性、半定量分析，指導煤礦生產。

3 結論

通過瞬變電磁方法的使用，可知在煤礦地球物理探測中，使用該方法可以很好地尋找構造異常，探測結果與地震勘探基本一致，說明瞬變電磁法在構造探測能起到很好的效果。瞬變電磁方法對構造的探測取決于巖層破碎程度及水文地質條件，地球物理特征的差異性是探測查明的必要前提。本次探測結果顯示，瞬變電磁法在該區域能很好地圈定構造位置，同時對地震勘探解釋進行補充，兩者綜合使用，可取得較好的地質效果。

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P631.3

B

1004-5716(2015)05-0094-03

2014-05-08

2014-05-13

任豫濤（1986-），男（漢族），山西長治人，工程師，現從事煤田地球物理勘探工作。