王文軍

(霍州煤電集團(tuán)霍寶干河煤礦)

對(duì)干河井田北邊界斷層產(chǎn)狀及導(dǎo)水性的研究

王文軍①

(霍州煤電集團(tuán)霍寶干河煤礦)

以干河井田北邊界斷層探測(cè)工程為例,介紹了地面瞬變電磁法在探查斷層位置、產(chǎn)狀及含(導(dǎo))水性方面的應(yīng)用。依據(jù)TEM多測(cè)道剖面圖曲線(xiàn)反映雙峰異常及高阻異常特征組合、等視擬斷面圖等視變化規(guī)律及異常特點(diǎn)等來(lái)確定斷層的位置、產(chǎn)狀及導(dǎo)水性,其地質(zhì)效果顯著,是一種行之有效的地質(zhì)勘探手段。

瞬變電磁法;雙峰異常;低阻異常;斷層;產(chǎn)狀;位置;導(dǎo)水性;研究

下團(tuán)柏?cái)鄬?斷距350 m)及其派生的F1斷層(斷距170 m)為干河井田北邊界斷層,下團(tuán)柏?cái)鄬蛹癋1斷層在地表僅局部出露,大部分地段隱伏在第三、四系松散沉積層下,有少量鉆孔控制。斷層下盤(pán)奧灰含水層埋藏淺(100 m),含水豐富。斷層上盤(pán)(干河井田位于斷層上盤(pán))奧灰含水層埋藏深(500 m),上盤(pán)煤系地層直接與下盤(pán)奧灰含水層對(duì)接。斷層的平面位置、產(chǎn)狀及其含(導(dǎo))水性直接控制著干河井田的水文地質(zhì)條件。選用地面瞬變電磁法查明了下團(tuán)柏?cái)鄬蛹癋1斷層的平面位置、產(chǎn)狀及其含(導(dǎo))水性,取得了較好的效果。

1 瞬變電磁法的原理及斷層控制的優(yōu)勢(shì)

不同的巖層具有不同的電阻率,電法勘探就是通過(guò)測(cè)定地下不同地點(diǎn)、不同深度的電阻率的差異來(lái)達(dá)到尋找目標(biāo)地質(zhì)體的目的。瞬變電磁法(TEM)屬于時(shí)間域電磁感應(yīng)法,它利用不接地回線(xiàn)或接地線(xiàn)源向地下發(fā)送一次脈沖場(chǎng),在一次脈沖場(chǎng)間歇期間利用回線(xiàn)或電偶極接收感應(yīng)二次場(chǎng),該二次場(chǎng)是由地下良導(dǎo)地質(zhì)體受激勵(lì)引起的渦流所產(chǎn)生的非穩(wěn)電磁場(chǎng),通過(guò)觀(guān)測(cè)隨時(shí)間變化的二次場(chǎng)信號(hào)的變化,就可以判斷出地下地層的電性變化及不均勻地質(zhì)體的分布情況。

勘查區(qū)石炭二疊系含煤地層,基底為強(qiáng)富水的奧陶系石灰?guī)r。由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,煤田內(nèi)落差較大的斷層附近,可采煤層與斷層上升盤(pán)的奧陶系石灰?guī)r直接接觸,致使奧陶系石灰?guī)r的承壓水得以通過(guò)斷層與煤層頂?shù)装搴畬赢a(chǎn)生水力聯(lián)系。因而,在煤礦生產(chǎn)中,調(diào)查落差較大斷層的含(導(dǎo))水性是一項(xiàng)重要的水文地質(zhì)工作內(nèi)容。在這方面,瞬變電磁測(cè)量(TEM)具有一定優(yōu)勢(shì),它不僅可有效地控制斷層的空間位置,而且還能定性地判斷斷層帶的相對(duì)富水性,在解決陷落柱、老窯積水等煤礦水害中取得較好的應(yīng)用效果。同時(shí)根據(jù)斷層的地球物理特征:理論上講,干燥的巖石的電阻率為無(wú)窮大,但實(shí)際上巖石孔隙、裂隙總是含水的,并且隨著巖石的濕度或者含水飽和度的增加,電阻率急劇下降,即賦水性的不均勻程度在瞬變電磁圖件上反映為電阻率的高低變化。當(dāng)巖層完整時(shí)其電阻率較高,受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或地下水作用及陷落柱的影響,使得部分地段巖層破碎或裂隙發(fā)育,破碎程度及其含水的飽和度越大(砂巖、灰?guī)r富水性增強(qiáng)),巖石的導(dǎo)電性會(huì)顯著增強(qiáng),地層電阻率會(huì)明顯降低,斷面圖上會(huì)有明顯的低阻異常反映。

2 瞬變電磁法的布置及原則

根據(jù)地球物理勘探專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)的要求,勘探區(qū)內(nèi)瞬變電磁勘探要完成工程點(diǎn)1 000個(gè),測(cè)網(wǎng)布置成點(diǎn)距20 m線(xiàn)距400～500 m(即網(wǎng)度20 m×400 m)進(jìn)行控制,本次瞬變電磁測(cè)量的斷層位置,已用勘探及地面調(diào)查方法作了初步控制。通過(guò)在勘探區(qū)野外實(shí)地踏勘,勘探區(qū)內(nèi)有多條“V”字型狹窄沖溝和多條高壓線(xiàn),考慮盡量避開(kāi)溝坡及高壓線(xiàn)影響,測(cè)線(xiàn)布控在400～500 m之間。根據(jù)初步控制成果,沿?cái)鄬幼呦蜻x擇進(jìn)行跨斷層布線(xiàn)測(cè)量,北邊界斷層完成測(cè)線(xiàn)14條;編號(hào)為b1～b14,完成設(shè)計(jì)控制北邊界斷層要求。

3 瞬變電磁法對(duì)斷層的控制

TEM對(duì)斷層的控制,主要是依據(jù)TEM多測(cè)道剖面圖,利用曲線(xiàn)反映雙峰異常及高阻異常特征組合,來(lái)確定斷層斷點(diǎn)位置,利用TEM資料處理程序計(jì)算視電阻率,在通過(guò)反正演處理獲得視深度,由視電阻率及視深度匯成等視擬斷面圖。在擬斷面圖上分析等視變化規(guī)律及異常特點(diǎn),過(guò)斷點(diǎn)連接等視變化點(diǎn)及異常點(diǎn)成直線(xiàn)做為斷層的傾向線(xiàn),在等視擬斷面圖上將傾向線(xiàn)與水平線(xiàn)的夾角做為該斷層的傾角。在確定斷層傾向與傾角時(shí)要考慮斷層帶附近富水對(duì)曲線(xiàn)的影響因素,因?yàn)門(mén)EM對(duì)地下水的反映異常明顯。

在井田北部邊界下團(tuán)柏?cái)鄬雍虵1斷層的14條控制測(cè)線(xiàn)中,不同程度地勘測(cè)到了下團(tuán)柏?cái)鄬雍虵1斷層,在TEM多道剖面圖上有明顯的斷層反映。

在理想布點(diǎn)情況下,當(dāng)測(cè)點(diǎn)正落在斷點(diǎn)上時(shí),V2響應(yīng)值會(huì)有明顯的低異常特征,同時(shí)兩邊測(cè)點(diǎn)有高異常,形成雙峰異常特點(diǎn),但是在實(shí)際測(cè)量中,測(cè)點(diǎn)布控與斷點(diǎn)位置是隨機(jī)的,所以使得個(gè)別斷點(diǎn)的雙峰異常不盡理想。在分析解釋時(shí)要注意,同時(shí)要注意地質(zhì)條件和富水情況。下面結(jié)合b10測(cè)線(xiàn)(井田北部邊界下團(tuán)柏、F1斷層)TEM多道剖面見(jiàn)圖1,進(jìn)行分析,下團(tuán)柏?cái)鄬拥臄帱c(diǎn)在b10測(cè)線(xiàn)的33號(hào)點(diǎn)位置,從圖1可以看出在33號(hào)點(diǎn)后有明顯的高低起伏的異常反應(yīng),下團(tuán)柏?cái)鄬拥臄帱c(diǎn)特點(diǎn)V2響應(yīng)值高幅值相對(duì)寬和大,在b10測(cè)線(xiàn)的24號(hào)點(diǎn)是F1斷層的斷點(diǎn)位置。

圖1 TEMb10線(xiàn)多道剖面示意圖

下面對(duì)測(cè)線(xiàn)等視電阻率擬斷面圖舉例解釋說(shuō)明:

TEMb9線(xiàn)等視電阻率擬斷面圖見(jiàn)圖2,從圖2可以明顯的看出下團(tuán)柏?cái)鄬由?、下盤(pán)等視電阻率曲線(xiàn)有明顯的不連續(xù)現(xiàn)象,這是斷層引起的現(xiàn)象,這也是斷層位置。圖2中構(gòu)造線(xiàn)是過(guò)TEM多道剖面確定的斷點(diǎn)與等視曲線(xiàn)突變位置而連成的。特別是下團(tuán)柏?cái)鄬?沿下團(tuán)柏?cái)鄬訋畈繆W灰地層段,低阻異常明顯突出,說(shuō)明下團(tuán)柏?cái)鄬釉诖硕纬渌?、?dǎo)通。F1斷層上下盤(pán)地層低阻異常不明顯,個(gè)別層段下盤(pán)地層相對(duì)有低阻異常反應(yīng),更說(shuō)明F1斷層在此剖面上,是以阻水為主。

圖2 TEMb9線(xiàn)等視擬斷面圖

TEMb10線(xiàn)等視電阻率擬斷面圖見(jiàn)圖3,從圖3可以明顯看出,下團(tuán)柏?cái)鄬觾杀P(pán)等視電阻率曲線(xiàn)也有明顯的不連續(xù)現(xiàn)象,但是下團(tuán)柏?cái)鄬訋У妥璁惓Ｅcb9線(xiàn)剖面相比相對(duì)較弱,說(shuō)明下團(tuán)柏?cái)鄬釉诖硕纬?、?dǎo)水都相對(duì)弱。同時(shí)說(shuō)明下團(tuán)柏?cái)鄬映?、?dǎo)水性是不均一。F1斷層上下盤(pán)地層低阻異常不明顯,個(gè)別層段下盤(pán)地層也相對(duì)有低阻異常反應(yīng),也說(shuō)明F1斷層在此剖面上,是以阻水為主。特別是在奧灰峰峰組地層以上段,阻水更明顯。

圖3 TEMb10線(xiàn)等視擬斷面圖

圖3中間等值線(xiàn)急劇下降部位為被調(diào)查斷層的位置。由于斷層下降盤(pán)煤系地層較厚,其電阻率與斷層破碎帶差異不大,故斷層破碎帶反映的低阻特征不夠明顯。在等值線(xiàn)右高左低的總體趨勢(shì)上,分布有多處等值線(xiàn)向下彎曲的低阻異常。這些低阻異常,在斷層上升盤(pán)奧陶系灰?guī)r中為富水巖溶裂隙的反映,而在斷層下降盤(pán)的煤系地層中則由含水裂隙引起。

TEMb5線(xiàn)等視電阻率擬斷面圖見(jiàn)圖4,由圖4可以看出,b5測(cè)線(xiàn)下團(tuán)柏?cái)鄬?等值線(xiàn)總體特征呈右低左高的趨勢(shì),特別是淺部呈右低左高的趨勢(shì),認(rèn)為是采空區(qū)積水所致。

圖4 TEMb5線(xiàn)等視電阻率擬斷面圖

4 TEM在斷層帶反映的物性特征

1)由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)因素使得地層在剖面上,發(fā)生上下位移現(xiàn)象,特別是在勘探區(qū)內(nèi)上部為石炭、二疊系含煤地層,基底為強(qiáng)富水的奧陶系石灰?guī)r,石炭、二疊系含煤地層電阻率與奧陶系石灰?guī)r地層電阻率差異較大,石炭、二疊系含煤地層電阻率在幾百Ω·m,而奧陶系純石灰?guī)r地層電阻率在幾千Ω·m,相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。

2)斷層破碎帶相對(duì)正常地層較破碎,電阻率會(huì)相對(duì)降低,特別是在斷層破碎帶充水的情況下,電阻率相對(duì)降低更明顯。

3)斷層上、下盤(pán)地層相對(duì)富水性的強(qiáng)弱,會(huì)加大和降低第一種條件的斷層上、下盤(pán)地層電阻率差異,是判斷斷層是否導(dǎo)、阻水的特征之一。

Research on Occurrence and Hydraulic Conductivity to North Boundary Fault of G anhe Field

Wang Wen-jun

Takes survey project of north boundary fault of Ganhe field as an example,introduces the applications of the ground transient electromagnetic method in the exploration the fault location and occurrence, hydraulic conductivity.Based on TEM multichannel section plan curve reflects the unusual bimodal and the high-resistance unusual characteristic combination,the isometric change regularity of isometric pseudosection map and the unusual characteristic and so on determines the position,the occurrence and hydraulic conductivity of the fault,its geological effect is remarkable,it is an effective means of geological exploration.

Transient electromagnetic method;Unusual bimodal;Anomaly low-resistance;Fault;Occurrence;Position;Hydraulic conductivity;Research

book=1,ebook=46

TD171

B

1672-0652(2010)01-0042-03

2009-12-14

王文軍 男 1968年出生 1990年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院 工程師 霍州 031400