白 一 清

(山西省煤炭地質(zhì)144勘查院，山西 洪洞 041600)

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綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)中的應(yīng)用

白 一 清

(山西省煤炭地質(zhì)144勘查院，山西 洪洞 041600)

從瞬變電磁法與可控源音頻大地電磁測量法兩種技術(shù)著手，分析了其技術(shù)原理，闡述了綜合物探技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用，其應(yīng)用效果表明，多種技術(shù)相結(jié)合的綜合物探手段對于明晰礦山水文地質(zhì)狀況，確保井下安全生產(chǎn)有積極意義。

礦山，綜合物探技術(shù)，水文地質(zhì)，TEM，CSAMT

0 引言

隨著21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源供給日趨緊張，這在不斷推動煤炭產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的同時，也對煤礦安全提出了更高的要求。特別是隨著煤炭開采深度的不斷增加，井下地質(zhì)環(huán)境日趨復(fù)雜，各類透水事故時有發(fā)生，為企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。有鑒于此，積極探索行之有效的綜合物探技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)水害的有效防治意義重大。

1 綜合物探方法與原理分析

1.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法(TEM)，其工作實(shí)質(zhì)上是將未與地線相連的通電回路或接地的導(dǎo)線充當(dāng)場源，通過刺激探測對象感應(yīng)生成二次電流，進(jìn)而借由測定脈沖間隙電磁場變化相應(yīng)狀況來判定地質(zhì)狀況的一種方法。由于二次場的持續(xù)時間非常短暫，近乎為瞬時，所以從根本上而言其是一種時間域電磁法。

這種方法的物理基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)原理。借助具有導(dǎo)電特性的物質(zhì)在發(fā)生階躍變化的電磁場中會產(chǎn)生渦流場變化的特性，其作業(yè)原理示意圖如圖1所示。

這種方法相較于其他電磁測量方式，不僅體積效應(yīng)小、分層能力強(qiáng)、異常相應(yīng)狀態(tài)簡單，便于數(shù)據(jù)分析與解讀，而且具備良好

的穿透性能，能夠?qū)崿F(xiàn)深部測量與剖面測量的同步開展，為地質(zhì)狀況的判定提供更多的參考資料。此外，瞬變電磁法對于低阻反應(yīng)十分靈敏，能夠清晰的凸顯出微弱的電阻率變化，從而對礦區(qū)內(nèi)含水地層的劃分提供便利。

瞬變電磁法數(shù)據(jù)的獲得主要借由對觀測所得參數(shù)ΔV2/I實(shí)施自相關(guān)濾波處理后，再依照晚期電阻率、視深度及縱向電導(dǎo)等計(jì)算公式轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的全期ρτ(t),sτ(t)與Hτ(t)參數(shù)，并繪制出與之相對應(yīng)的ρτ(t),sτ(t)，Hτ(t)平面等值線圖與斷面等值線圖，以充當(dāng)資料解讀的基礎(chǔ)性文件。

1.2 可控源音頻大地電磁測量法

可控源音頻大地電磁測量方法英文簡稱CSAMT，是指借助一定的發(fā)射裝置，通過頻率不一的交流電源發(fā)射不同的電磁波，然后通過對比分析地表所接收到電磁場振幅與相位的變化，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境的勘測。

依據(jù)交流電所具有的集膚效應(yīng)，不同頻率電磁波所具備的穿透性能也各不相同，一般而言在淺部地層廣泛分布著各種高頻率電磁場，而深部地層中則分布有各種低頻率電磁場。所以，通過對不同電磁頻率的轉(zhuǎn)換，便能夠?qū)ι畈坎灰坏牡貙拥刭|(zhì)狀況進(jìn)行探查。

這種電磁測量手段相較于常規(guī)的直流電探測方法具備高分辨力、強(qiáng)穿透性及各向異性小等優(yōu)勢。在具體的使用上，需要先根據(jù)勘測區(qū)域地質(zhì)資料，選取適宜的ResSmth參數(shù)，然后借由對阻抗相位斷面圖電性轉(zhuǎn)變與卡尼亞視電阻率改變及底層結(jié)構(gòu)變化的反演研究，進(jìn)而獲得二維反演視電阻率斷面圖，并以此為依據(jù)進(jìn)行地質(zhì)解釋。

1.3 設(shè)備布置

為確保所測得數(shù)據(jù)在擁有適宜深度的同時具備充足的信噪比，并能夠充分規(guī)避其他外界干擾的影響，所以選用瞬變電磁法進(jìn)行測量作業(yè)時必須布設(shè)大型回線源裝置，發(fā)射框形狀為正方形，邊長900 mm，數(shù)據(jù)通過探頭進(jìn)行接收；可控源音頻大地電磁測量法的測量設(shè)備屬于赤道裝置，通過深度測定中的標(biāo)量測量進(jìn)行測定，在其水平方向上電場(MN)應(yīng)與同場源(AB)相平行，水平磁場則同場源進(jìn)行垂直布設(shè)，如圖2所示。

2 資料解讀

經(jīng)過測量所獲得的各類數(shù)據(jù)必須經(jīng)過解讀后才能進(jìn)行實(shí)際使用，解讀時必須遵守由易到難、由點(diǎn)及面的準(zhǔn)則，借由多次的反復(fù)對比分析，以確保電磁數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地質(zhì)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。除此之外，在進(jìn)行資料解讀作業(yè)時，技術(shù)人員還應(yīng)參照礦井現(xiàn)有地質(zhì)資料(前期探測數(shù)據(jù)、生產(chǎn)作業(yè)所得數(shù)據(jù)、周邊老礦區(qū)水文資料等)，同時對資料進(jìn)行有效的實(shí)地校對，確保在其有效性的基礎(chǔ)上再進(jìn)行電性參數(shù)的研究，以保證電阻率通電性層間的一一對應(yīng)。

以瞬變電磁法為例，在進(jìn)行實(shí)測曲線解釋時，必須有效區(qū)分因噪聲干擾而生成的畸變曲線，并剔除其他良導(dǎo)體因此的參數(shù)異常，重點(diǎn)針對含水層含水性同曲線衰減規(guī)律間關(guān)系開展分析。

3 實(shí)例分析

3.1 某礦TEM法探測

由圖3中h277線斷面分析可知，1960，2060，2280，2520，2920，3140號點(diǎn)周邊，等值線存在下降的扭曲變化，同地震斷層推斷區(qū)域基本一致。圖3中斷層周邊存在低阻異常的現(xiàn)象，可以推斷得出該區(qū)域?qū)儆跀鄬恿严稁ЫM成的富含水地層。

借由此次地質(zhì)勘探，參照現(xiàn)有鉆孔與地震資料，可知所針對設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)石炭系地層與奧陶系地層為富含水異常區(qū)域，并對這一區(qū)域斷層導(dǎo)水特性進(jìn)行分析，確定了異常區(qū)域面積及水害威脅性。

3.2 某礦CSAMT法探測

圖4為借助田10鉆孔資料針對T163線進(jìn)行的CSAMT法反演電阻率斷面示意圖，通過圖4分析可知，整個斷面自淺部到深部可大體劃分為四個較為顯著的電性層。

圖5為T138線等視電阻率斷面示意圖，通過分析可知，在奧灰?guī)r地層周邊，電性呈現(xiàn)典型的層狀分布態(tài)勢。其中4020點(diǎn)周邊區(qū)域，等值線發(fā)生扭曲與下降，同前期地震勘測推斷結(jié)果相同。

結(jié)合此次勘探結(jié)果，并參考以往鉆孔探勘資料，可以對奧灰?guī)r區(qū)域各等級含水層賦存環(huán)境，賦存區(qū)域大小及形態(tài)特征等進(jìn)行探明，對斷層導(dǎo)水性有了初步了解，從而為如何有效消除局部富水區(qū)域?qū)律a(chǎn)的安全威脅提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)，有效確保生產(chǎn)的持續(xù)、安全開展。

4 結(jié)語

合理且科學(xué)的綜合運(yùn)用多種不同物探技術(shù)并參照已有地質(zhì)勘測資料，從而對勘測區(qū)域內(nèi)含水層分布狀況及賦存形態(tài)加以明晰，并明確各層間導(dǎo)水特性，屬于一種作用顯著且高效的水文地質(zhì)勘測方法，能夠?yàn)榈V井正常生產(chǎn)作業(yè)的高質(zhì)、高速開展提供有力保障。

[1] 王星明.綜合物探技術(shù)在勘查礦區(qū)水文地質(zhì)中的應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2007(S1):22-24.

[2] 劉飛虎.綜合物探方法在煤礦水文地質(zhì)中的應(yīng)用分析[J].煤礦現(xiàn)代化,2013(2):84-85，88.

[3] 劉重舉.綜合物探技術(shù)在礦井生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2013(2):61-63.

[4] 李 軍,田 明.綜合物探在水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用[J].西部探礦工程,2012(7):150-155.

[5] 武 毅,劉國輝,潘和平,等.綜合物探方法預(yù)測松散含水層涌水量技術(shù)研究[J].工程地球物理學(xué)報(bào),2012(5):544-550.

[6] 胡承林.綜合物探技術(shù)在煤礦采空區(qū)的應(yīng)用研究[D].成都：成都理工大學(xué),2011.

The application of comprehension geophysical prospecting technology in mine hydrology geology

Bai Yiqing

(ShanxiCoalGeologicalNo.144SurveyInstitute,Hongtong041600,China)

From the transient electromagnetic method and controlled source audio electromagnetism measurement method two kinds of technologies, based on the analysis on its technology principle, elaborated the application of comprehension geophysical prospecting technology in mine hydrology geology exploration, its application effect showed that, a variety of technology combined with comprehension geophysical methods had positive significance to clear the mine hydrology geology condition, ensured the coal mine safety production.

mine, comprehension geophysical prospecting technology, hydrology geology, TEM, CSAMT

1009-6825(2016)32-0094-03

2016-09-02

白一清(1980- )，男，助理工程師

P624

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