楊彥成 郭君婷

【摘要】電性源瞬變電磁法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)勘探中都有著廣泛的應(yīng)用，尤其是大功率瞬變電磁儀不僅可以在深部地質(zhì)勘探中發(fā)揮作用，還具有較高的分辨能力。近年來，瞬變電磁法在煤礦水文地質(zhì)勘查中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的效果。本文就以某煤礦為例對其進(jìn)行具體分析。

【關(guān)鍵詞】煤田 水文地質(zhì)調(diào)查 電性源瞬變電磁法

某煤礦井首采區(qū)面積約為28km2，主要開采煤層為2煤、3煤、4煤和8煤。煤礦主要充水含水層為侏羅系中統(tǒng)直羅組砂巖裂隙～孔隙承壓含水層，從煤礦勘探階段抽水試驗結(jié)果看，直羅組砂巖含水層屬于弱富水含水層。但是，根據(jù)煤田其他礦井實際揭露情況分析，這一含水層厚度大、靜儲量大并且富水性極不均一，因此，對礦井的威脅不容忽視，此外分布于首采區(qū)西北部的風(fēng)氧化帶也是對礦井具有威脅的水源之一。以往的勘探工程由于勘探目的的不同和勘探精度的限制，未能充分對上述含水層（體）的水文地質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)探查，無法滿足礦井防治水工作的需求。因此，針對威脅礦井安全的主要水害因素的水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探勢在必行。1 煤田地質(zhì)及物性特征

1.1 地層

該井田全部被新生界地層所覆蓋，屬隱伏式煤田。根據(jù)鉆孔揭露，本區(qū)地層由老至新發(fā)育有：三疊系上統(tǒng)上田組（T3s）；侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z）、侏羅系上統(tǒng)安定組（J3a）；古近系漸新統(tǒng)清水營組（E3q）和第四系（Qh）。煤層在平面上的賦存狀況呈現(xiàn)為：煤層富集整體差異不大，主煤層突出、明顯，且分布范圍內(nèi)連續(xù)性較好。1.2 水文地質(zhì)

該煤田地形地貌以緩坡丘陵、洼地地貌為主，地形東高西低斜坡狀，勘查區(qū)西部地形較為平坦，以沙漠、洼地地貌為主；東部以緩坡丘陵為主。區(qū)內(nèi)無基巖出露，基巖被第四系黃土或沙丘所覆蓋；風(fēng)積沙多被沙漠植物固定，主要為固定沙，其次為半固定沙丘。最高標(biāo)高點位于勘查區(qū)東南部，海拔高度為1511.30m，最低標(biāo)高點位于勘查區(qū)西北部，海拔高度為1417.1m，相對高差約94.20m。本區(qū)地勢平坦、干旱少雨，無地表河流，無地表水體。

1.3 物理特征

根據(jù)本區(qū)資料揭示，區(qū)內(nèi)煤層的電性與圍巖之間有著明顯的差異，不同巖層具有不同的導(dǎo)電性，根據(jù)測井資料顯示，泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖、硅質(zhì)膠結(jié)巖、煤層，其視電阻率值依次增高。煤系地層有層狀分布特點，在橫向上導(dǎo)電性相對均一，縱向上視電阻率的變化規(guī)律基本一致。

2 電性源瞬變電磁法簡析

瞬變電磁法是地球物理探測的主要手段之一，通過向地下發(fā)射電磁波激勵地下目標(biāo)，接收其產(chǎn)生的二次場，確定被測目標(biāo)的物理參數(shù)。

瞬變電磁法測量裝置由發(fā)射回線和接收回線兩部分組成，工作過程分為發(fā)射、電磁感應(yīng)和接收三部分。當(dāng)發(fā)射回線中通以階躍電流，發(fā)射電流突然中斷，根據(jù)電磁感應(yīng)理論，發(fā)射回線中電流突然變化必將在其周圍產(chǎn)生磁場，該磁場稱為一次磁場，一次磁場在周圍傳播過程中，如遇到地下良導(dǎo)電的地質(zhì)體，將在其內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流，又稱渦流或二次電流，由于二次電流隨時間變化，因而在其周圍又產(chǎn)生新的磁場，稱為二次磁場。由于良導(dǎo)電地質(zhì)體內(nèi)感應(yīng)電流的熱損耗，二次磁場大致按指數(shù)規(guī)律隨時間衰減，形成瞬變磁場，二次磁場主要來源于良導(dǎo)電地質(zhì)體的感應(yīng)電流，因此它包含著與地質(zhì)體有關(guān)的地質(zhì)信息，二次磁場通過接收回線觀測，并對觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，對地下地質(zhì)體的相關(guān)物理參數(shù)進(jìn)行解釋。

瞬變電磁法和其他物探方法相比具有許多優(yōu)勢和特點：

（1）該方法觀測和研究的是“二次場”即純異常場，不存在一次場的背景干擾；

（2）具有穿透高阻覆蓋層的能力，優(yōu)于傳導(dǎo)類電法探測；

（3）異常響應(yīng)強(qiáng)，形態(tài)簡單，分層能力強(qiáng)；

（4）地形影響小，測量簡單，工作效率高。

3 應(yīng)用試驗

3.1 試驗參數(shù)選擇

選取已知勘探線已知鉆孔旁的測線作為試驗線進(jìn)行各項參數(shù)的試驗，試驗線周圍無明顯地表干擾源，各項參數(shù)的試驗結(jié)果可與已知鉆孔進(jìn)行驗證對比，以便選取最終的施工參數(shù)。

3.2 試驗過程及分析

試驗工作中進(jìn)行了不同發(fā)射線框、不同發(fā)射頻率、不同觀測時長的選擇試驗，通過對資料的初步處理和分析，對設(shè)計中選擇的工作方法做了相關(guān)的評價與補(bǔ)充。

根據(jù)實際地質(zhì)情況，本次試驗工作采用發(fā)射線框為360m×360m和300m×300m。通過在試驗線上相同發(fā)射頻率、同一觀測時長條件下兩種發(fā)射線框的對比試驗來選定發(fā)射線框的大小。

通過對比發(fā)現(xiàn)，兩種線框都能夠清晰的反映出地層分層、低阻及高阻異常。從深部可以看出360米線框壓制干擾的能力更好一些，而且工作效率更高，綜合以上因素考慮我們選擇360米的線框作為本次瞬變電磁法工作的發(fā)射線框。

本次發(fā)射頻率選擇試驗在相同的發(fā)射線框（360m×360m）、同一觀測時長下進(jìn)行發(fā)射頻率為2.5Hz、5Hz與10Hz的試驗。

同一試驗線，同一發(fā)射線框（360m×360m），同一觀測時長（120s）的情況下發(fā)射頻率分別為2.5Hz、5Hz及10Hz的視電阻率等值線斷面圖，由圖中對比情況可知，在相同發(fā)射線框、同一觀測時長的情況下，發(fā)射頻率為5Hz時深淺兼顧，曲線分層更為細(xì)致，同時勘探深度相對較大，因此在本區(qū)采用5Hz發(fā)射頻率較為合適。

本次觀測時長試驗在同一試驗線進(jìn)行，在相同發(fā)射線框（360m×360m）、相同發(fā)射頻率（5Hz）參數(shù)下，采用觀測時長為90秒和120s進(jìn)行試驗采集，通過對比分析，觀測時長為120s時分辨率相對更高。

由于儀器發(fā)射機(jī)的最大額定電壓為96V，發(fā)射線框阻值為1.25Ω/100m，因此線框大小選定后，其電阻阻值將是個固定值，在這一條件下，通過實驗，發(fā)射機(jī)所能發(fā)射的最大電流值為6.5A，由于發(fā)射電流越大深部的有效信號越強(qiáng)，垂向分辨率越高，考慮到儀器的使用安全，選擇6A作為施工發(fā)射電流。

通過上述試驗，并對資料進(jìn)行初步處理，根據(jù)試驗曲線和初步處理結(jié)果，并結(jié)合各種實際因素，確定了本區(qū)最終施工參數(shù)。4 地質(zhì)成果

5 結(jié)語

電性源瞬變電磁法能夠滿足當(dāng)前的煤田水文地質(zhì)調(diào)查工作的需要，能夠探測到較深的地層情況。根據(jù)上述試驗結(jié)果，電性源瞬變電磁法根據(jù)反演電阻率的變化，推測地層以及斷層變化情況，因此煤層以及周圍巖層的賦水性就可以根據(jù)反演電阻率相對變化體現(xiàn)出來。

參考文獻(xiàn)

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