瞬變電磁物探技術在探查斷層富水性中的應用

董蘇蘇++李強++王傳盈

摘 要：鄆城煤礦局部水文地質條件復雜、斷層發育且導水，嚴重威脅施工安全。1308工作面面內發育FJ30斷層（傾角70°，落差0～5m），需要對其進行物探探查。根據目前電磁法物探技術的發展，瞬變電磁法是當前煤田水文地質勘探中首選方法。

關鍵詞：瞬變電磁技術；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，行政區劃屬鄆城縣潘渡鎮，礦區南北邊界距鄆城縣城約2km和16km。礦井設計生產能力240萬噸/年，服務年限111.7a，采用立井開拓，設計開采深度標高-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、下奧陶統為基底，沉積了石炭系中統本溪組、上統太原組，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，礦井地質構造復雜程度屬中等類型。

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，賦存較穩定，結構較簡單，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，巖性為泥質砂巖，該層夾矸賦存穩定，為3煤的主要標志層；第二層夾矸下距煤層底板平均為0.36m，厚0.15m，巖性為炭質泥巖。根據1308工作面掘進地質說明書資料，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

瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，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中引起的二次感應渦流場，從而探測介質電阻率的一種方法。其基本工作方法是：于地面或空中設置通以一定波形電流的發射線圈，從而在其周圍空間產生一次電磁場，并在地下導電巖礦體中產生感應電流：斷電后，感應電流由于熱損耗而隨時間衰減。

瞬變電磁技術施工效率高，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體是最靈敏的方法，且無地形影響，使得它在當前的煤田水文地質勘探中成為首選方法。

3 探查施工

此次探查采用加拿大產PROTEM CM儀器。通過將TEM47HP發射系統與PROTEM數字接收機集成為一體，PROTEM CM發射接收一體機大大改善了用戶對設備使用的便攜性及方便性。相對于獨立的發射與接收系統，該設備的體積更小而重量減少了一半，更加適合在礦井內部及環境更加嚴苛的崎嶇地形使用。PROTEM CM無需外接參考線電纜進行同步，可以進行單分量以及連續三分量的采集功能，其發射功能等同于TEM47HP，并與PROTEM其他發射機相匹配。通過多種參數組合試驗，對比各組參數下的探查效果，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范圍內的富水異常區，結合探測現場情況及要求，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 數據處理

本次瞬變電磁探測數據處理采用REATEM礦井全空間瞬變電磁處理系統，其處理主要流程為：文件轉換—數據分選—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據，晚期道使用了高斯低通濾波進行噪聲處理；再結合實際地質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，結合有關地質資料解釋工作面前方富水異常區域。

5 成果解釋

經上述數據處理，獲得1#探測硐室各個方向和角度切片，圖中用不同色調代表巖層不同的視電阻率值，從冷色（藍）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，分別編號為：一、二號異常區，本文主要探討一號異常區。如圖5-1、5-2、5-3所示，探測的異常區域主要是視電阻率值<0.4Ω·m的異常區域。1號異常區（頂板異常區）：圈定的1號異常區位于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。結合頂板水文地質資料綜合分析認為：1號異常區可能為頂板細砂巖、中砂巖含水層局部富水異常區或局部構造（FJ30斷層）富水異常區。

6 打鉆驗證物探效果

礦方對本次物探成果進行了打鉆驗證，鉆孔結果如下：探1方位角271°，傾角10°，孔深約70m處水量約2m?/h，經過疏放已無水，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 瞬變電磁技術在構造探查中的應用價值

根據瞬變電磁技術在1308工作面中的實際應用，可以看出其準確率較高，因此在礦井掘進過程中對巷道前方、回采工作面形成后對面內運用該項技術探查迎頭前方及面內構造富水性具有十分重要的現實意義，可以查清迎頭前方及面內構造的富水情況，這為迎頭下一步的掘進以及隨后的工作面回采過程中制定生產接續計劃或改造工作面提供了可靠的技術支持，為礦方挽回了不必要的經濟損失。因此瞬變電磁技術在該礦或相似地質條件下進行斷層富水性探查具有重要意義及經濟效益價值。

參考文獻：

[1]劉最亮，王鶴宇.大定源瞬變電磁法在含水斷層構造探測中的應用[J].煤田地質與勘探，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