李宇剛

(陜西省一三一煤田地質(zhì)有限公司，陜西 韓城 715400)

0 引言

陜西能源趙石畔煤電一體化項(xiàng)目位于國家規(guī)劃的榆橫礦區(qū)南區(qū)橫山縣雷龍灣鎮(zhèn)境內(nèi)。井田地處毛烏素沙漠東南緣與陜北黃土高原接壤地帶，地表基本被第四系松散沉積物所覆蓋，沿?zé)o定河及井田內(nèi)主要溝谷中有白堊系洛河砂巖零星出露。井田位于鄂爾多斯盆地之次級構(gòu)造單元陜北斜坡中南部，地質(zhì)構(gòu)造簡單，本區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為一NWW向傾斜的單斜層，傾角小于1°，局部發(fā)育寬緩的波狀起伏，區(qū)內(nèi)無巖漿活動(dòng)痕跡。井田水文地質(zhì)條件特征是風(fēng)積沙廣厚分布，地表水不甚發(fā)育。根據(jù)地下水的埋藏條件，含水層的富、透水性及充水空間的性質(zhì)，區(qū)內(nèi)地下水可分為松散沉積層孔隙水、基巖裂隙孔隙潛水和基巖裂隙承壓水3種類型。

為了探查區(qū)域內(nèi)3號煤上覆各主要含水層的富水性及其在平面和垂向上的變化情況，以及白堊系洛河組富水區(qū)的具體分布范圍及富水性變化規(guī)律，需對趙石畔煤礦首采盤區(qū)地面進(jìn)行瞬變電磁勘探工作。

1 數(shù)據(jù)采集與分析

1.1 儀器設(shè)備與參數(shù)

瞬變電磁法探測試驗(yàn)施工使用的儀器為中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)高科資源探測儀器研究所生產(chǎn)的CUGTEM-8型資源勘查型瞬變電磁儀。該儀器對高、低阻異常體反應(yīng)特別靈敏、體積效應(yīng)小、縱橫向分辨率高，具有施工快捷、效率高等優(yōu)點(diǎn)。瞬變電磁儀系統(tǒng)可以通過加大發(fā)射功率的方法增強(qiáng)二次場，提高信噪比，加深勘探深度[1-3]；通過多次脈沖激發(fā)場的重復(fù)測量疊加和空間域多次覆蓋技術(shù)的應(yīng)用提高信噪比，可應(yīng)用于各種工作復(fù)雜、噪聲干擾大的施工環(huán)境[4-6]，最大有效勘探深度能達(dá)到1 000 m。

1.2 試驗(yàn)工作

1.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

試驗(yàn)工作的主要目的是了解勘探區(qū)的地電條件、施工條件、干擾背景以及勘探區(qū)的地球物理特征等，通過試驗(yàn)工作的有效性，以便選擇最佳工作方法和裝置參數(shù)；試驗(yàn)點(diǎn)選擇在已知的鉆孔附近具有代表性的地段進(jìn)行。工作參數(shù)及工作裝置選擇是否合理將直接影響到觀測的結(jié)果，不合適的工作參數(shù)可能會費(fèi)工費(fèi)時(shí)而觀測到的數(shù)據(jù)質(zhì)量很差，直接影響資料的解釋甚至影響地質(zhì)任務(wù)的完成，通過試驗(yàn)選擇合理的工作參數(shù)是進(jìn)行外業(yè)采集的前提[7-10]。

1.2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次試驗(yàn)內(nèi)容主要是檢驗(yàn)儀器的穩(wěn)定性、一致性、確定區(qū)內(nèi)最佳的施工參數(shù)。探測效果推斷方面，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)做初步的正反演算推斷，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)資料，推斷探測效果并做必要的參數(shù)調(diào)整，確保所選取的施工參數(shù)能夠滿足最大的探測深度要求和對目標(biāo)層、目標(biāo)體的分辨率。

1.2.3 試驗(yàn)地點(diǎn)選擇

根據(jù)已知地質(zhì)資料與地形地物條件，選擇勘探區(qū)內(nèi)具有代表性的地段完成試驗(yàn)，選擇J3井檢孔附近。這主要是由于該處地形含溝壑、山包，基本代表了整個(gè)勘探區(qū)的地形特征，且J3為井筒檢查孔，有已知地質(zhì)資料可參考。

1.3 探測效果分析

本次瞬變電磁法設(shè)計(jì)測線205條，其中坐標(biāo)點(diǎn)16 469個(gè)，含基本瞬變點(diǎn)13 916個(gè)，加密點(diǎn)2 553個(gè)；檢查點(diǎn)660個(gè)，試驗(yàn)點(diǎn)50個(gè)，總計(jì)物理點(diǎn)17 179個(gè)。不同巖層具有不同的導(dǎo)電性，一般泥巖、粉砂巖、中粗砂巖、礫石層、煤層的電阻率值依次增高。煤系地層有層狀分布特點(diǎn)，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。在致密完整的情況下，巖層電阻率相對較高，如果巖層中有充水裂隙等構(gòu)造存在，或受斷層切割，破碎帶含水、導(dǎo)水時(shí)，由于水體良好的導(dǎo)電性，使該巖層與圍巖產(chǎn)生明顯的電性差異。試驗(yàn)線選擇在位于井檢孔J3附近，總長100 m，共11個(gè)測點(diǎn)，試驗(yàn)線如圖1所示。可以看出，在標(biāo)高1 100～1 200 m視電阻率較高，阻值為100～160 Ω·m；在標(biāo)高1 000～1 100 m視電阻率較低，阻值為0～80 Ω·m；在標(biāo)高900～1 000 m視電阻率較高，阻值為100～160 Ω·m；在標(biāo)高800～900 m視電阻率逐漸增大，阻值為120～200 Ω·m；在標(biāo)高700～800 m視電阻率逐漸增大，阻值為160～260 Ω·m。

圖1 試驗(yàn)線成果Fig.1 Test line results

結(jié)合J3鉆孔資料可知，標(biāo)高1 156 m以上為地表松散層，地表松散層富水性弱，電阻率一般呈現(xiàn)高阻。標(biāo)高1 026～1 156 m為洛河組，洛河組為強(qiáng)含水層，視電阻率較低。894～1 026 m為安定組，安定組富水性弱，視電阻率一般呈現(xiàn)高阻，797～894 m為直羅組，直羅組為弱富水層，視電阻率呈現(xiàn)高阻，719～797 m為延安組，延安組為弱富水層，電阻率呈現(xiàn)高阻。

2 瞬變電磁勘探成果

2.1 成果解釋

一般情況下，當(dāng)正常地層中含水時(shí)，其電阻率值較不含水時(shí)偏低，含水性越強(qiáng)，其電阻率值越低。瞬變電磁法勘探用于解釋的參數(shù)即是與電阻率密切相關(guān)的視電阻率，該物性基本上可以反映地層的電性變化情況。依據(jù)本次瞬變電磁法勘探工作的地質(zhì)任務(wù)和目的，繪制了所有測線的視電阻率斷面圖，標(biāo)高1 050 m(洛河組)、950 m(安定組)、850 m(直羅組)730 m(3號煤層)等深度視電阻率切片圖以及瞬變電磁視電阻率切片對比圖，各等值線圖的色標(biāo)均統(tǒng)一調(diào)整，以突出高、低視電阻率異常區(qū)域。視電阻率顏色色標(biāo)使用藍(lán)色、青色、綠色、黃色、紅色表示由低阻到高阻進(jìn)行標(biāo)注。在對異常區(qū)的推斷解釋中，采用斷面圖與切片圖相結(jié)合、物探成果與地質(zhì)成果相結(jié)合的方法。

2.2 視電阻率斷面圖綜合分析

本次瞬變電磁勘探工作共完成測線205條，經(jīng)資料處理和解釋的反演獲得斷面圖205幅，下面對本次完成的部分具有代表性的斷面圖予以解釋。

2.2.1 112線瞬變電磁視電阻率斷面

從圖2可以看出，整個(gè)剖面視電阻率在橫向上變化不大，在縱向上從高到低基本呈現(xiàn)高—低—高趨勢，在標(biāo)高1 100 m以上基本呈現(xiàn)高阻，阻值為120～180 Ω·m，標(biāo)高1 000～1 100 m呈現(xiàn)低阻，阻值為0～80 Ω·m，標(biāo)高700～1 000 m呈現(xiàn)高阻，阻值為100～260 Ω·m，且從上到下視電阻率逐漸增高。結(jié)合地質(zhì)資料可知，測區(qū)內(nèi)地層較穩(wěn)定，地表為松散層，視電阻率較高，標(biāo)高1 000～1 100 m為洛河組，富水性較強(qiáng)，視電阻率較低，標(biāo)高1 000 m以下從淺到深依次為安定組、直羅組、延安組，富水性弱，視電阻率較高且從上到下逐漸增高。

圖2 112線瞬變電磁視電阻率斷面Fig.2 Section of transient electromagnetic apparent resistivity of line 112

2.2.2 140線瞬變電磁視電阻率斷面

從圖3可以看出，整個(gè)剖面視電阻率在橫向上變化不大，在縱向上從高到低基本呈現(xiàn)高—低—高趨勢，在標(biāo)高1 100 m以上基本呈現(xiàn)高阻，阻值為100～180 Ω·m，標(biāo)高1 000～1 100 m呈現(xiàn)低阻，阻值為0～80 Ω·m，標(biāo)高700～1 000 m呈現(xiàn)高阻，阻值為100～280 Ω·m，且從上到下視電阻率逐漸增高。結(jié)合地質(zhì)資料可知，測區(qū)內(nèi)地層較穩(wěn)定，地表為松散層，視電阻率較高，標(biāo)高1 000～1 100 m為洛河組，富水性較強(qiáng)，視電阻率較低，標(biāo)高1 000 m以下從淺到深依次為安定組、直羅組、延安組，富水性弱，視電阻率較高且從上到下逐漸增高。

圖3 140線瞬變電磁視電阻率斷面Fig.3 Section of transient electromagnetic apparent resistivity of line 140

2.2.3 164線瞬變電磁視電阻率斷面

從圖4可以看出，整個(gè)剖面視電阻率在橫向上變化不大，在縱向上從高到低基本呈現(xiàn)高—低—高趨勢，在標(biāo)高1 100 m以上基本呈現(xiàn)高阻，阻值為100～160 Ω·m，標(biāo)高1 000～1 100 m呈現(xiàn)低阻，阻值為0～80 Ω·m，且在橫向上從小到大阻值逐漸增高，標(biāo)高700～1 000 m呈現(xiàn)高阻，阻值為100～240 Ω·m，且從上到下視電阻率逐漸增高。結(jié)合地質(zhì)資料可知，測區(qū)內(nèi)地層較穩(wěn)定，地表為松散層，視電阻率較高，標(biāo)高1 000～1 100 m為洛河組，富水性較強(qiáng)，視電阻率較低，標(biāo)高1 000 m以下從淺到深依次為安定組、直羅組、延安組，富水性弱，視電阻率較高且從上到下逐漸增高。

圖4 164線瞬變電磁視電阻率斷面Fig.4 Section of transient electromagnetic apparent resistivity of line 164

2.3 平面切片圖分析

2.3.1 1 050 m等深度視電阻率切片

從圖5可以看出，在標(biāo)高1 050 m處，全區(qū)視電阻率基本呈現(xiàn)低阻，從左下方到右上方視電阻率逐漸增高。左下方視電阻率較低，阻值為0～60 Ω·m，右下方視電阻率相對較高，阻值為0～80 Ω·m，中部視電阻率逐漸增高，阻值為60～100 Ω·m，上部視電阻率相對最高，阻值為100～120 Ω·m。在右下方存在兩處相對低阻區(qū)SP1、SP2，分別位于112～115線，420～520號點(diǎn)；112～142線，528～564號點(diǎn)，面積分別約為0.4 km2、0.04 km2。結(jié)合地質(zhì)資料可知，標(biāo)高1 050 m基本處于洛河組內(nèi)，洛河組砂巖富水性強(qiáng)，視電阻率較低，其厚度由東北部向西南方向逐漸增厚，平均厚度為79.67 m。含水層為發(fā)育大型交錯(cuò)層理的中細(xì)粒長石砂巖，質(zhì)地疏松，孔隙度大，補(bǔ)給條件優(yōu)越，地下水的賦存條件好，因此，推斷勘探區(qū)內(nèi)由東北到西南洛河組砂巖富水性逐漸增強(qiáng)，兩處相對低阻區(qū)推斷是由于洛河組裂隙水富集所致。

圖5 1 050 m等深度視電阻率切片F(xiàn)ig.5 Slice of 1 050 m equal depth apparent resistivity

2.3.2 950 m、850 m等深度視電阻率切片

從圖6可以看出，在標(biāo)高950 m，全區(qū)視電阻率變化均勻，基本呈現(xiàn)高阻，阻值為120～280 Ω·m，結(jié)合地質(zhì)資料可知，標(biāo)高950 m基本處于安定組，安定組下部巖性主要為淺紫紅色、灰綠色中厚層狀中細(xì)粒長石砂巖，發(fā)育水平層理。上部為紫、暗紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾紫紅色粉砂巖、中-細(xì)粒長石砂巖韻律層，富水性弱，一般視電阻率較高，為良好的隔水層。在標(biāo)高850 m，全區(qū)視電阻率基本呈現(xiàn)高阻且變化均勻，阻值為100～200 Ω·m，結(jié)合地質(zhì)資料可知，標(biāo)高850 m基本處于直羅組，巖性以灰白-淺灰白色中(細(xì))粒砂巖和淺灰綠色粉砂巖、泥巖為主，直羅組為弱富水層，視電阻率一般較高。

圖6 950 m、850 m等深度視電阻率切片F(xiàn)ig.6 Slice of 950 m and 850 m equal depth apparent resistivity

2.3.3 730 m等深度視電阻率切片

從圖7可以看出，在標(biāo)高730 m，全區(qū)視電阻率基本呈現(xiàn)高阻，阻值為120～240 Ω·m，該圖在208～224線，400～428號點(diǎn)存在一處相對低阻區(qū)SP1，面積約為0.06 km2。結(jié)合地質(zhì)資料可知，勘探區(qū)范圍內(nèi)，標(biāo)高730 m處為3號煤，3號煤層為主要可采煤層，其頂板直接充水含水層為冒落帶內(nèi)的延安組第四段底砂巖(真武洞砂巖)，間接充水含水層為導(dǎo)水裂縫帶內(nèi)直羅組底砂巖(七里鎮(zhèn)砂巖)，延安組、直羅組皆為弱富水層，視電阻率較高。因此，推斷其低阻異常是由于延安組砂巖裂隙水富集所致。

圖7 730 m等深度視電阻率切片F(xiàn)ig.7 Slice of 730 m equal depth apparent resistivity

2.4 切片對比圖綜合分析

為了說明勘探內(nèi)3號煤上覆各主要含水層相互間的水力聯(lián)系，對標(biāo)高1 050 m(洛河組)、950 m(安定組)、850 m(直羅組)、730 m(3號煤層)進(jìn)行對比分析，如圖8所示?？梢钥闯?，在標(biāo)高1 050 m，全區(qū)視電阻率基本呈現(xiàn)低阻，從西南方到東北方視電阻率逐漸增高，東南方視電阻率較低，阻值為0～40 Ω·m，西南方視電阻率相對較高，阻值為40～80 Ω·m，中部視電阻率逐漸增高，阻值為60～100 Ω·m，東北部視電阻率相對最高，阻值為80～100 Ω·m；在標(biāo)高950 m，全區(qū)視電阻率變化均勻，基本呈現(xiàn)高阻，阻值為120～280 Ω·m；在標(biāo)高850 m，全區(qū)視電阻率基本呈現(xiàn)高阻，阻值為100～200 Ω·m；在標(biāo)高730 m，全區(qū)視電阻率基本呈現(xiàn)高阻，阻值為120～240 Ω·m。

圖8 瞬變電磁視電阻率切片對比Fig.8 Comparison of transient electromagnetic apparent resistivity slices

結(jié)合地質(zhì)資料可知，標(biāo)高1 050 m基本處于洛河組內(nèi)，洛河組砂巖富水性強(qiáng)，視電阻率較低，其厚度由東北部向西南方逐漸增厚，平均厚度79.67 m。含水層為發(fā)育大型交錯(cuò)層理的中細(xì)粒長石砂巖，質(zhì)地疏松，孔隙度大，補(bǔ)給條件優(yōu)越，地下水的賦存條件好；標(biāo)高950 m基本處于安定組，安定組下部巖性主要為淺紫紅色、灰綠色中厚層狀中細(xì)粒長石砂巖，發(fā)育水平層理。上部為紫、暗紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾紫紅色粉砂巖、中-細(xì)粒長石砂巖韻律層，富水性弱，一般視電阻率較高，為良好的隔水層；標(biāo)高850 m基本處于直羅組，巖性以灰白-淺灰白色中(細(xì))粒砂巖和淺灰綠色粉砂巖、泥巖為主，直羅組為弱富水層，視電阻率一般較高；標(biāo)高730 m處為3號煤，3號煤層為主要可采煤層，其頂板直接充水含水層為冒落帶內(nèi)的延安組，間接充水含水層為導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)直羅組，延安組、直羅組皆為弱富水層，視電阻率較高，由此可以推斷洛河組裂隙水與下部直羅組延安組并未導(dǎo)通，對下部含水層影響不大。

3 結(jié)論

(1)通過本次工作確定區(qū)域內(nèi)3號煤上覆各主要含水層有洛河組、安定組、直羅組，其中洛河組富水性較強(qiáng)，安定組和直羅組富水性較弱。

(2)結(jié)合平面切片圖及切片對比圖推斷，3號煤上覆地層洛河組裂隙水與下部直羅組延安組并未導(dǎo)通，對下部含水層影響不大。

(3)結(jié)合后期水文鉆孔資料驗(yàn)證，本次施工所得結(jié)論較為準(zhǔn)確，基本完成了本次勘探任務(wù)，可以為礦方進(jìn)行下一步工作提供參考。通過本次工作證明，瞬變電磁法在煤田含水層普查的作用是明顯的、可靠的。