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        瞬變電磁法在長(zhǎng)榆河煤業(yè)8號(hào)煤層富水性勘查的應(yīng)用研究

        2020-01-17 06:47:32李志鋒
        煤礦現(xiàn)代化 2020年1期
        關(guān)鍵詞:下統(tǒng)順層富水

        李志鋒

        (山西潞陽(yáng)煤炭投資經(jīng)營(yíng)管理有限公司,山西 壽陽(yáng) 045400)

        1 工程概況

        為了探查山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)長(zhǎng)榆河煤業(yè)有限公司主要含水層富水區(qū)的分布范圍和勘查區(qū)內(nèi)斷層的含、導(dǎo)水性以及老窯采空積水區(qū)和地質(zhì)構(gòu)造的導(dǎo)水性,為采掘工作提供地質(zhì)資料,擬采用瞬變電磁法在地面進(jìn)行地下水勘查工作。該井田位于壽陽(yáng)縣城北東約10°方向、直線距離15km處,壽陽(yáng)-盂縣公路在井田北部經(jīng)過(guò),距太舊高速公路約17km。井田位于太行山北端與晉中盆地之間的低山丘陵區(qū),地表部份被黃土覆蓋,地形較為平緩,土梁與沖溝發(fā)育。地形總體東高、西低,最高點(diǎn)位于礦區(qū)東南角,標(biāo)高為1454m,最低點(diǎn)位于西北部溝谷中,為1210m,最大相對(duì)高差244m。井田形態(tài)為一近東西向的刀把形(見圖1),東西長(zhǎng)10000m,南北寬550-2150m,面積6.5624km2。井田主采8號(hào)煤,位于太原組頂部,上距6號(hào)煤層底板6.70~29.40m,平均 15.86m。上距 K7砂巖底 0-3.83m,平均1.94m。煤層厚度 1.00~2.60m,平均1.80m。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,一般不含夾石。頂、底板為砂質(zhì)泥巖、泥巖、粗砂巖。該煤層在井田西北部被剝蝕,屬穩(wěn)定大部可采煤層。煤層底板標(biāo)高+1270~+1110m。

        圖1 勘查區(qū)范圍地形圖

        2 施工準(zhǔn)備

        2.1 施工方法選擇與原理

        根據(jù)此次地質(zhì)情況與實(shí)際要求,經(jīng)決定采用瞬變電磁法方法。瞬變電磁法[1],簡(jiǎn)稱TEM,是一種時(shí)間域電磁感應(yīng)法,其工作原理主要是通過(guò)不接地回線或接地線源來(lái)向所勘查地區(qū)內(nèi)發(fā)送一次脈沖場(chǎng),在一次脈沖場(chǎng)間歇期間再利用回線來(lái)接收感應(yīng)二次場(chǎng),該二次場(chǎng)是由于地下良導(dǎo)體巖石受電磁波會(huì)產(chǎn)生一種不穩(wěn)定電磁場(chǎng),通過(guò)對(duì)接受的二次場(chǎng)隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的信號(hào)規(guī)律分析,來(lái)確定地下巖層導(dǎo)電性不均勻分布情況,對(duì)其進(jìn)行分析可以得到地下低電阻異常區(qū)域的情況,以達(dá)到對(duì)所需地域探測(cè)的目的。瞬變電磁法對(duì)比別的方法有很多優(yōu)點(diǎn),比較突出的優(yōu)點(diǎn)有以下方面:

        1)瞬變電磁法對(duì)于導(dǎo)電圍巖和導(dǎo)電覆蓋層的分辨能力優(yōu)于別的方法,并且施工效率高,更適合勘探工作的需要。

        2)在高阻圍巖條件下,沒有地形引起的假異常。

        3)所得到異常的幅度大、形態(tài)簡(jiǎn)單及受旁側(cè)影響小,提高了對(duì)地質(zhì)體的橫向分辨能力。

        有限導(dǎo)電地質(zhì)體瞬變電磁響應(yīng)可以用一個(gè)具有電阻和電感的回線上的響應(yīng)相等效,回線中的感應(yīng)電壓V2(t)正比于二次磁場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。

        式中:τ為衰減的時(shí)間常數(shù)。

        2.2 儀器的選擇

        結(jié)合本次勘查任務(wù)與實(shí)際地質(zhì)情況,決定采用加拿大產(chǎn)PROTEM 67D瞬變電磁勘探系統(tǒng)[2]。該電磁系統(tǒng)的可以在外部條件復(fù)雜與噪音干擾下,依然能完美的接受到地磁信號(hào),且儀器動(dòng)態(tài)范圍較大,可以根據(jù)所勘查區(qū)域內(nèi)的建筑及村莊來(lái)進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié),以滿足不同地質(zhì)情況,由于本次所勘查區(qū)域范圍大,勘測(cè)深度較深,該儀器靈敏度較高,發(fā)射機(jī)電流較大,可以有效的接收地質(zhì)深部的電磁信號(hào),完成本次勘查任務(wù)。

        3 勘查結(jié)果與分析

        3.1 順層擬等視電阻率切面圖分析

        圖2 8號(hào)煤層底板上15m順層擬等視電阻率切面圖

        圖2 是8號(hào)煤層底板上15m順層擬等視電阻率切面圖,其空間位置對(duì)應(yīng)于二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)的位置,圖中是沿8號(hào)煤層底板上15m地層的視電阻率的變化分布,視電阻率由高到到低變化(圖中藍(lán)色到紅色變化),反映了砂巖裂隙發(fā)育沖水狀況,圖中電阻率高低只是在所勘查區(qū)域相對(duì)的高低,在裂隙發(fā)育帶的劃分上應(yīng)該在其基礎(chǔ)上。裂隙發(fā)育帶在順層擬等視電阻率切面圖上表現(xiàn)為視電阻率低的異常特征,即圍巖裂隙越大,含水量越多所測(cè)電阻率就會(huì)越小,因此上圖中可以分析得:勘查區(qū)中北部和西北部一帶存在范圍較大的低阻異常區(qū),其他范圍內(nèi)存在有小范圍的不連續(xù)的低阻異常區(qū),結(jié)合地質(zhì)資料及鉆探資料推斷為二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)裂隙發(fā)育富水的反映。

        圖3 8號(hào)煤層順層擬等視電阻率切面圖

        圖3 是8號(hào)煤層順層擬等視電阻率切面圖,其空間位置對(duì)應(yīng)于8號(hào)煤層的位置,圖中是沿8號(hào)煤層的視電阻率的分布情況,藍(lán)色到紅色表示視電阻率從低到高的變化情況,反映了8號(hào)煤層采空充水的特征。采空充水帶在順層擬等視電阻率切面圖上表現(xiàn)為視電阻率低的異常特征,即采空充水性越強(qiáng)的地段電阻率值越小。從圖中可以看出:勘查區(qū)北部和東部有一些范圍較大的低阻異常區(qū),勘查區(qū)其他范圍內(nèi)也存在有小范圍的不連續(xù)的低阻異常區(qū)。結(jié)合地質(zhì)資料及鉆探資料推斷其為采空充水的反映。

        3.2 勘查區(qū)富水異常劃分及評(píng)價(jià)

        從8號(hào)煤層底板上15m順層擬等視電阻率切面圖來(lái)看,主要低阻異常區(qū)位于勘查區(qū)中北部和西北部,通過(guò)對(duì)勘查區(qū)順層8號(hào)煤層底板上15m視電阻率統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)其視電阻率背景值在90Ω/m以上,結(jié)合鉆孔資料,判斷該層低阻異常應(yīng)主要考慮視電阻率小于50Ω/m的區(qū)域,但有部分高阻中的相對(duì)低阻的區(qū)域也為低阻異常區(qū),據(jù)此劃分了低阻異常范圍,進(jìn)而圈定出了二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)富水異常區(qū)范圍,總體來(lái)看,二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)富水異常區(qū)主要集中在中北部和西北部一帶,在勘查區(qū)其它區(qū)域有一部分不連續(xù)的富水異常區(qū)。

        從8號(hào)煤層順層擬等視電阻率切面圖來(lái)看,勘查區(qū)的主要低阻異常區(qū)位于勘查區(qū)北部和東,通過(guò)對(duì)勘查區(qū)順層8號(hào)煤層底板視電阻率值統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)其視電阻率背景值在100Ω/m以上,結(jié)合鉆孔測(cè)井資料及鄰區(qū)資料,判斷該層位低阻異常應(yīng)主要考慮視電阻率小于60Ω/m的區(qū)域,但有部分高阻中的相對(duì)低阻的區(qū)域也為低阻異常區(qū),據(jù)此劃分了低阻異常區(qū)范圍,繼而圈定了8號(hào)煤層采空充水富水異常區(qū)范圍,總體上看,在勘查區(qū)北部和東部有幾個(gè)較大的富水異常區(qū)。

        3.3 8號(hào)煤層富水異常區(qū)分布劃分

        通過(guò)本次勘探發(fā)現(xiàn),勘查區(qū)內(nèi)8號(hào)煤層頂板二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)富水異常區(qū)有14塊如圖4所示??辈閰^(qū)富水異常區(qū)分布主要集中在勘查區(qū)中部和東部,范圍較大且連續(xù)。

        圖4 8號(hào)煤層頂板二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)富水異常區(qū)分布示意圖

        圖5 8號(hào)煤層采空充水富水異常區(qū)分布示意圖

        通過(guò)本次勘探發(fā)現(xiàn)了勘查區(qū)內(nèi)8號(hào)煤層采空充水富水異常區(qū)的分布規(guī)律,勘查區(qū)內(nèi)8號(hào)煤層采空充水富水異常區(qū)有3塊:如圖5所示??辈閰^(qū)富水異常區(qū)分布主要集中在勘查區(qū)東部。其中東部存在較大的兩個(gè)異常區(qū),分別是B2和B3富水異常區(qū)。依據(jù)剖面圖中采空區(qū)特征反映和切片圖中的異常位置,結(jié)合地震資料,劃分了推斷采空區(qū)范圍(圖中洋紅色陰影位置)。

        綜上所述,通過(guò)對(duì)所獲瞬變電磁資料的計(jì)算、處理,結(jié)合地震勘探解釋資料和地質(zhì)資料進(jìn)行認(rèn)真分析,查明了勘查區(qū)內(nèi)8號(hào)煤層頂板二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)、8號(hào)煤層采空充水,劃分出了8號(hào)煤層頂板二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)、8號(hào)煤層采空充水。其中8號(hào)煤層頂板二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)劃分了14塊富水異常區(qū)、8號(hào)煤層采空充水劃分了3塊富水異常區(qū)。

        4 結(jié) 論

        通過(guò)對(duì)所獲瞬變電磁資料的計(jì)算[3]、處理,結(jié)合地震勘探解釋資料和地質(zhì)資料進(jìn)行認(rèn)真分析,查明了勘查區(qū)內(nèi)8號(hào)煤層頂板二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)、8號(hào)煤層采空充水,并且劃分出了8號(hào)煤層頂板二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層(K7)、8號(hào)煤層采空充水富水異常區(qū)分布范圍。對(duì)富水異常區(qū)的劃分是基于本次瞬變電磁法勘探的解釋成果,通過(guò)本次勘查工作,建議礦方在開采過(guò)程中對(duì)圈定的富水異常區(qū)地段進(jìn)行井下電法探測(cè)及井下鉆探工作,進(jìn)行近距離的精確探測(cè),以確保安全生產(chǎn)。

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