侯恩科，樊江偉，高利軍，王建文，陳德海，遲寶鎖，王宏科

地面核磁共振技術(shù)在隱伏火燒區(qū)富水性探測(cè)中的應(yīng)用

侯恩科1，樊江偉1，高利軍2，王建文2，陳德海3，遲寶鎖4，王宏科4

(1. 西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；2. 陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719300；3. 上海申豐地質(zhì)新技術(shù)應(yīng)用研究所有限公司，上海 201702；4. 陜西陜煤陜北礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000)

煤層隱伏火燒區(qū)上覆基巖復(fù)合含水層(包括風(fēng)化基巖和燒變巖含水層)是煤層開(kāi)采的主要威脅之一，明確隱伏火燒區(qū)的富水性對(duì)礦井水害防治具有重要意義?；诖?，以發(fā)生過(guò)較大突水事故的檸條塔煤礦為研究對(duì)象，利用地面核磁共振(SNMR)技術(shù)開(kāi)展隱伏火燒區(qū)含水層富水性探測(cè)并對(duì)其進(jìn)行分析和驗(yàn)證。結(jié)果表明，隱伏火燒區(qū)共有2個(gè)含水層位，分別為第四系松散砂層含水層和1-2上煤上覆基巖含水層；第四系砂層含水層富水性受地表地形及其下隔水層頂部起伏形態(tài)影響水平變化較大；1-2上煤上覆基巖含水層富水性總體西南較低、北東較高，該含水層厚度9～30 m，局部相對(duì)較厚，推測(cè)為1-2上煤火燒區(qū)風(fēng)化基巖和燒變巖含水層的疊加反映；研究區(qū)內(nèi)1-2上煤上覆基巖含水層總體呈現(xiàn)出西部及中部偏東南區(qū)域富水性相對(duì)較大，其余區(qū)域富水性相對(duì)較小。利用SNMR得到的含水層富水程度與探放水孔及水文孔的涌水量結(jié)果大致相同，表明該方法的勘探結(jié)果相對(duì)可靠，可用于隱伏火燒區(qū)富水性的探測(cè)。

地面核磁共振；隱伏火燒區(qū)；含水層；富水性

燒變巖是煤層自燃烘烤使圍巖發(fā)生顏色、成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造變化而形成的特殊巖類。陜北侏羅紀(jì)煤田煤層在地史期間曾發(fā)生過(guò)大規(guī)模的自燃，形成了大量地表出露和埋于地下的燒變巖[1-2]。燒變巖裂隙、孔洞發(fā)育，為地下水徑流、儲(chǔ)存提供了良好空間，有利于接受上覆和側(cè)方含水層補(bǔ)給，或于燒變巖底部盆形構(gòu)造區(qū)富集地下水，常與松散層、風(fēng)化基巖含水層一起成為礦區(qū)的復(fù)合含水層[3-4]。由于燒變巖壓覆了大量?jī)?yōu)質(zhì)煤炭資源，在其下方、側(cè)方采煤時(shí)會(huì)導(dǎo)致燒變巖水涌入礦井，使燒變巖水資源遭到破壞，同時(shí)給煤礦安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅[5-6]。所以查明隱伏火燒區(qū)的富水性具有重要意義。

目前關(guān)于火燒區(qū)相關(guān)的探測(cè)研究中，相關(guān)學(xué)者通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、物探調(diào)查等方法從眾多方面研究了燒變巖的成因機(jī)理[7]、巖石分類與特征[8]、邊界范圍探查[9-11]、水文地質(zhì)條件及保水采煤技術(shù)[12-14]。這些研究中針對(duì)火燒區(qū)富水性探測(cè)的相關(guān)研究相對(duì)較少，而核磁共振技術(shù)是一種唯一直接探尋地下水的地球物理勘探方法，較比其他方法通過(guò)測(cè)試電阻率、電導(dǎo)率、極化率、衰減時(shí)等間接參數(shù)找水有著明顯的優(yōu)勢(shì)。目前尚未有基于核磁共振技術(shù)對(duì)隱伏火燒區(qū)富水性探測(cè)的相關(guān)研究，筆者通過(guò)核磁共振技術(shù)對(duì)檸條塔煤礦1-2上煤層隱伏火燒區(qū)內(nèi)含水層富水性進(jìn)行探測(cè)分析，為隱伏火燒區(qū)富水性的探測(cè)提供了一種新方法。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地神府礦區(qū)南部、檸條塔井田南翼。檸條塔井田南翼大部分地表被現(xiàn)代風(fēng)積沙及薩拉烏蘇組沙層所覆蓋，局部地表出露第四系黃土及新近系紅土；北翼地表大部出露第四系黃土及新近系紅土，基巖零星出露。根據(jù)鉆孔揭露及地質(zhì)填圖資料，檸條塔井田地層由老至新依次發(fā)育為：侏羅系富縣組(J2)、延安組(J2)、直羅組(J2)及安定組(J2)，新近系保德組紅土層(N2)，第四系中更新統(tǒng)離石組黃土層(Q2)，上更新統(tǒng)馬蘭組黃土層(Q3)與薩拉烏蘇組(Q3)，以及頂部的第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙層(Q4eol)與沖積層(Q4al)。其中延安組為唯一含煤地層。

檸條塔煤礦南翼東南部發(fā)育有1-2上煤層隱伏火燒區(qū)，面積約1.58 km2，其西側(cè)S1210工作面2011年采動(dòng)突水，也表明存在1-2上煤燒變巖水補(bǔ)給。1-2上煤層燒變巖含水層抽水鉆孔單位涌水量0.038 0～ 0.179 9 L/(s·m)，為弱—中等富水性，且燒變巖和風(fēng)化基巖含水層水力聯(lián)系較密切，形成了復(fù)合含水層。該隱伏火燒區(qū)地表相對(duì)平坦，為風(fēng)沙灘地地貌。地下2-2煤層平均厚度6.08 m，與1-2上煤燒變巖、風(fēng)化基巖平均距離分別為18、22 m，綜采垮落帶必然導(dǎo)通1-2上煤層燒變巖含水層，使2-2煤的開(kāi)采面臨1-2上煤燒變巖水和風(fēng)化基巖水雙重含水層水害威脅。為了查明隱伏火燒區(qū)含水層富水性強(qiáng)弱及其空間變化，筆者采用地面核磁共振(Surface Nuclear Magnetic Resonance，SNMR)技術(shù)對(duì)研究火燒區(qū)進(jìn)行了探查，對(duì)含水層參數(shù)進(jìn)行了解譯分析。

本次研究區(qū)的電性變化規(guī)律為：淺表層局部有全新統(tǒng)風(fēng)積沙集聚區(qū)呈高阻電性特征，下部土層呈低阻電性特征。向下至延安組砂巖地層，上部巖層風(fēng)化破碎后，裂隙發(fā)育，含水率增大，泥質(zhì)含量增高，電阻率幅值隨之降低，風(fēng)化程度愈高，電阻率幅值愈低；含煤地層電性呈增大的趨勢(shì)特征，砂巖地層中的煤層一般呈穩(wěn)定的高阻特征；至含煤地層下部穩(wěn)定砂巖地層，電阻率值較含煤地層降低。

綜上，當(dāng)?shù)貙映练e層序穩(wěn)定，不含局部地質(zhì)構(gòu)造、燒變巖區(qū)、含水區(qū)時(shí)，地層電性呈穩(wěn)定的“高—低—高—低”趨勢(shì)特征；當(dāng)?shù)乇頍o(wú)風(fēng)積沙時(shí)，或會(huì)呈“低—高—低”的趨勢(shì)特征；相反，當(dāng)?shù)貙又写嬖谶@些特殊地質(zhì)體和含水區(qū)時(shí)，地層電性將會(huì)發(fā)生明顯的變化，如采集的視電阻率等值線發(fā)生扭曲變形、圈閉等。這種明顯的地層和局部地質(zhì)體的電性差異，為以導(dǎo)電性差異為應(yīng)用前提的地面電法勘探的實(shí)施提供了良好的地球物理基礎(chǔ)；核磁共振的測(cè)量過(guò)程對(duì)電磁噪聲非常敏感，易受高壓線、通信線路影響，由于研究區(qū)位于毛烏素沙漠東南緣，地表被現(xiàn)代風(fēng)積沙層所覆蓋，人煙稀少、高壓線路及通信線路較少，故該區(qū)域?qū)NMR探測(cè)影響較小。

本次物探中，地下水的存在為地面核磁共振找水勘探提供了地球物理?xiàng)l件。

2 地面核磁共振技術(shù)原理

地面核磁共振技術(shù)是電磁勘探方法領(lǐng)域中一種全新的探測(cè)技術(shù)[15-16]。相較于傳統(tǒng)地球物理勘探方法，該方法具有許多其他方法所不具備的優(yōu)勢(shì)，如：信息豐富、靈敏方便、經(jīng)濟(jì)便利、定量反演、解釋直接等。地面核磁共振法在一定的探測(cè)深度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下水資源和含有液態(tài)氫質(zhì)子的探測(cè)，到目前為止，SNMR是唯一的一種直接探尋地下水的地球物理勘探方法。

SNMR找水是利用不同物質(zhì)原子核弛豫性質(zhì)差異產(chǎn)生的NMR效應(yīng)[17-20]，即利用氫核(質(zhì)子)的弛豫特性差異，在地面上利用核磁感應(yīng)系統(tǒng)，觀測(cè)、研究在地層中氫核產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的變化規(guī)律，進(jìn)而探查地下水(氫核–質(zhì)子)是否存在(圖1)。地面核磁共振法找水儀器是使用核磁感應(yīng)系統(tǒng)(NUMISPoly)，使儀器的探測(cè)深度達(dá)到了150 m。在實(shí)際工作中，通過(guò)由小到大地改變激發(fā)脈沖矩，達(dá)到探測(cè)地層由淺到深的氫核的存在性和賦存狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水資源的探測(cè)。

圖1 核磁共振測(cè)深方法原理

在SNMR方法中，通常向鋪在地面上的線圈中供入頻率為拉莫爾頻率的交變電流脈沖，發(fā)射電流脈沖的包絡(luò)線為矩形。在地層中交變電流形成的交變磁場(chǎng)激發(fā)下，使地下氫核形成宏觀磁矩。這一宏觀磁矩在地磁場(chǎng)中產(chǎn)生旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)，其旋進(jìn)頻率為氫核所特有。在切斷激發(fā)電流脈沖后，用同一線圈拾取由不同激發(fā)脈沖矩激發(fā)產(chǎn)生的NMR信號(hào)，該信號(hào)的包絡(luò)線呈指數(shù)規(guī)律衰減。NMR信號(hào)強(qiáng)弱或衰減快慢直接與質(zhì)子的數(shù)量有關(guān)，即NMR信號(hào)的幅值與所探測(cè)空間內(nèi)氫核含量成正比，因此，構(gòu)成了一種直接探測(cè)氫核的方法。SNMR找水方法的測(cè)量參數(shù)中，信號(hào)的初始振幅與地下含水層的含水量成正比；信號(hào)衰減時(shí)間與滲透性有關(guān)；信號(hào)的初始相位與含水層的導(dǎo)電性有關(guān)，可以用于尋找、區(qū)分淡水和鹽水。

對(duì)采集的數(shù)據(jù)使用法國(guó)IRIS公司隨儀器提供的一維反演程序進(jìn)行處理、反演計(jì)算，在SNMR方法資料反演解釋中，利用目前比較廣泛使用的吉洪諾夫正則化法。對(duì)于一組實(shí)測(cè)的NMR信號(hào)數(shù)據(jù)自動(dòng)確定了一個(gè)解。

通過(guò)反演計(jì)算，即可獲得各測(cè)點(diǎn)含水層的賦存部位(深度、厚度)、含水率和滲透系數(shù)等信息[21-22]，然后根據(jù)一維反演計(jì)算結(jié)果利用Surfer軟件對(duì)各測(cè)線成果數(shù)據(jù)進(jìn)行插值并繪制含水率和滲透系數(shù)斷面等值線圖，由所測(cè)各點(diǎn)反演計(jì)算的1-2上煤上覆基巖含水層含水率、滲透系數(shù)分別編繪勘查區(qū)平面等值線圖。

3 核磁共振測(cè)點(diǎn)布置及質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 核磁共振測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)勘查區(qū)內(nèi)待探目的層的深度和含水量以及勘查區(qū)電磁干擾的水平、方向，優(yōu)化線圈形狀和科學(xué)敷設(shè)線圈。NUMISPoly系統(tǒng)配置有600 m長(zhǎng)的電纜，本次工作敷設(shè)的線圈型號(hào)是大方型，邊長(zhǎng)150 m。SNMR工作測(cè)線共計(jì)5條，沿各測(cè)線每150 m布設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，5條測(cè)線共完成SNMR測(cè)點(diǎn)60個(gè)。對(duì)SNMR異常測(cè)點(diǎn)段進(jìn)行加密測(cè)量，完成加密測(cè)點(diǎn)17個(gè)，合計(jì)SNMR物理測(cè)點(diǎn)77個(gè)(圖2)。

圖2 SNMR工作測(cè)線布置

3.2 測(cè)點(diǎn)質(zhì)量評(píng)價(jià)

圖3為A13檢查點(diǎn)2次測(cè)量的一維反演結(jié)果。對(duì)比兩圖，可以看出在地下淺部存在一個(gè)含水量較大的含水層，含水層深度為1～15 m。而當(dāng)深度增大后，深度為15～101 m的位置，2次測(cè)量結(jié)果顯示的含水量均較小(接近零)。證明該深度范圍內(nèi)的地層不存在含水體。在地層深度為101 m以下位置，2次測(cè)量結(jié)果都反映了存在含水層，在深度為101～127 m的位置，含水量較大，圖3a顯示的是含水量約為5.1 %，而圖3b顯示的含水量約為4.8 %。從反演的滲透系數(shù)來(lái)看，2次測(cè)量結(jié)果的反演圖基本上一致，而且變化規(guī)律也一致。總體上來(lái)看，2次的測(cè)量結(jié)果都證明了地下深度101～127 m的深度范圍內(nèi)存在含水層，含水量約為5%。原始觀測(cè)反演結(jié)果和檢查觀測(cè)反演結(jié)果相對(duì)誤差為6.1%，滿足規(guī)范要求的不大于15 %的規(guī)定。證明A13質(zhì)量檢查點(diǎn)符合要求。

圖3 A13質(zhì)量檢查點(diǎn)一維反演

由上述2個(gè)質(zhì)量檢查點(diǎn)的檢查結(jié)果可見(jiàn)，本次地面核磁共振法采集數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求，工作質(zhì)量可靠。

4 SNMR斷面等值線面圖結(jié)果分析

由圖5可知，該測(cè)線由淺及深存在2個(gè)含水層位：淺表含水層和高程1 180～1 220 m含水層。

1) 淺表含水層

該含水層為第四系砂層，其富水性受砂層厚度及其下隔水層(離石組黃土及保德組紅土)頂部起伏形態(tài)影響差異明顯，A8—A11號(hào)點(diǎn)、A14—A17號(hào)點(diǎn)段相對(duì)富水。

圖5 測(cè)線SNMR斷面等值線

2) 高程1 180～1 220 m含水層

該含水層全線均有發(fā)育，各測(cè)點(diǎn)反演計(jì)算含水率為2.73%～8.21%，滲透系數(shù)為(21.2～44.3)× 10–6m/s。含水率和滲透系數(shù)最大值點(diǎn)位于測(cè)線西南端A1號(hào)點(diǎn)；A8—A15號(hào)點(diǎn)段含水率和滲透系數(shù)值相對(duì)較高，富水性相對(duì)較強(qiáng)；A7號(hào)點(diǎn)和A17號(hào)點(diǎn)含水率和滲透系數(shù)值相對(duì)較低，富水性相對(duì)較弱。

依據(jù)測(cè)線附近鉆探資料，該測(cè)線所測(cè)含水層高程與鉆孔所得基本一致，測(cè)線高程1 180～1 220 m為1-2上煤層與侏羅系頂部基巖風(fēng)化層段。而測(cè)線1-2上煤層與基巖風(fēng)化層底間距為0～6 m，目前地面核磁共振法的結(jié)果無(wú)法將100 m以內(nèi)的1-2上煤火燒區(qū)孔隙含水層與該基巖風(fēng)化裂隙含水層精確劃分。因此，將高程1 180～1 220 m含水層解釋為1-2上煤上覆基巖含水層(包括基巖風(fēng)化裂隙含水層及局部可能存在的1-2上煤火燒區(qū)孔隙含水層)。

由圖6可知，該測(cè)線由淺及深存在2個(gè)含水層位：淺表含水層和高程1 170～1 235 m含水層。

1) 淺表含水層

該含水層為第四系砂層，其富水性受砂層厚度及其下隔水層(離石組黃土及保德組紅土)頂部起伏形態(tài)影響差異明顯，D3號(hào)點(diǎn)、D7—D8號(hào)點(diǎn)、D15—D20號(hào)點(diǎn)和D23號(hào)點(diǎn)段相對(duì)富水。

2)高程1 170～1 235 m含水層

該含水層全線均有發(fā)育，各測(cè)點(diǎn)反演計(jì)算含水率為3.17%～4.57%，滲透系數(shù)為(21.8～41.7)× 10–6m/s。含水率最大值點(diǎn)為D13號(hào)點(diǎn)，滲透系數(shù)最大值為D17號(hào)點(diǎn)；D1—D3號(hào)點(diǎn)、D8—D18點(diǎn)段含水率值相對(duì)較高，富水性相對(duì)較強(qiáng)；D5號(hào)點(diǎn)、D20—D21號(hào)點(diǎn)段含水率和滲透系數(shù)值相對(duì)較低，富水性相對(duì)較弱。

5 SNMR平面等值線圖分析及驗(yàn)證

5.1 SNMR平面等值線圖分析

綜合各測(cè)線地面核磁共振法成果解釋，本勘查區(qū)有2個(gè)含水層位：第四系松散砂層含水層和1-2上煤上覆基巖含水層。

圖6 測(cè)線SMNR斷面等值線

本次物探的主要目的層是1-2上煤上覆基巖含水層。以隱伏火燒區(qū)探查階段的核磁共振勘探資料為基礎(chǔ)，分析隱伏火燒區(qū)及其周邊1-2上煤上覆基巖含水層的含水率和滲透系數(shù)空間分布特征，并獲得了1-2上煤上覆基巖含水層橫向上富水性、滲透性分布狀態(tài)(圖7)。

由圖7a可知，根據(jù)核磁共振勘探法結(jié)果，隱伏火燒區(qū)及其周邊1-2上煤上覆基巖含水層的含水率一般為2%～8%。其中隱伏火燒區(qū)鉆孔BK42東側(cè)一帶以及中部偏西北部的K9鉆孔附近的含水率相對(duì)較低；而隱伏火燒區(qū)的中部、西部以及西南側(cè)一帶的含水率較高，最高達(dá)到8.2 %。

根據(jù)圖7b可知，隱伏火燒區(qū)及其周邊1-2上煤上覆基巖含水層的滲透系數(shù)一般為(20～45)×10–6m/s。其中隱伏火燒區(qū)中部偏東南區(qū)域附近滲透系數(shù)相對(duì)較大，隱伏火燒區(qū)外的西南部一帶滲透系數(shù)也相對(duì)較大，其他區(qū)域?yàn)闈B透系數(shù)相對(duì)較低的區(qū)域。

5.2 SNMR分析結(jié)果驗(yàn)證

5.2.1 水文孔

為驗(yàn)證SNMR富水性探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，選取檸條塔隱伏火燒區(qū)附近5組水文孔數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，所選水文孔抽水層皆為風(fēng)化基巖含水層或風(fēng)化基巖與燒變巖組成的復(fù)合含水層，由圖7可知，含水率與滲透系數(shù)較大的區(qū)域鉆孔涌水量也相對(duì)較大，其中相對(duì)其他區(qū)域K9鉆孔附近地區(qū)預(yù)測(cè)值與鉆孔涌水量有差異，但誤差較小為正常誤差范圍。

5.2.2 井下探放水孔

為驗(yàn)證SNMR富水性探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將上述結(jié)果與檸條塔煤礦南翼S1233工作面井下探放水孔的涌水量進(jìn)行對(duì)比分析(圖7)。所有探放水鉆孔均打穿風(fēng)化基巖含水層，探放水X6、X7鉆孔附近與上述K9水文孔位于同一區(qū)域，其誤差原因同上(探放水鉆孔具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、圖8)，整體上SNMR富水性探測(cè)結(jié)果相對(duì)較強(qiáng)的區(qū)域，探放水孔的涌水量也相對(duì)較大，且巷道向南側(cè)施工的探放水孔涌水量普遍大于巷道北側(cè)區(qū)域，與預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，反映當(dāng)前隱伏火燒區(qū)含水層富水性探測(cè)效果較好。

圖7 研究區(qū)1-2上煤上覆基巖含水層水文地質(zhì)參數(shù)

表1 S1233工作面井下探放水鉆孔涌水量

從整體來(lái)看，利用核磁共振勘探法獲得的1-2上煤上覆基巖含水層的含水率及滲透系數(shù)的分布特征與井下探放水孔的涌水量特征大致相同，表明該方法的勘探結(jié)果相對(duì)可靠，能夠作為隱伏火燒區(qū)含水層富水性綜合評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。

6 結(jié)論

a. 隱伏火燒區(qū)共有第四系松散砂層含水層和1-2上煤上覆基巖含水層2個(gè)層位。受地表地形及其下隔水層頂部起伏形態(tài)影響，第四系砂層含水層富水性水平變化較大。1-2上煤上覆基巖含水層富水性總體西南較低、北東較高，該含水層厚度9～30 m，局部相對(duì)較厚，推測(cè)為1-2上煤火燒區(qū)風(fēng)化基巖和燒變巖含水層的疊加反映。

b. 根據(jù)含水率和滲透系數(shù)空間分布規(guī)律，研究區(qū)內(nèi)1-2上煤上覆基巖含水層總體西部及中部偏東南區(qū)域富水性相對(duì)較大，其余區(qū)域相對(duì)較小。

c. 利用核磁共振勘探法得到的結(jié)論與水文孔及井下探放水孔的驗(yàn)證結(jié)果大致相同，表明該方法的勘探結(jié)果相對(duì)可靠，可用于隱伏火燒區(qū)富水性的探測(cè)。

圖8 S1233工作面井下探放水鉆孔分布

[1] 杜中寧，黨學(xué)亞，盧娜. 陜北能源化工基地?zé)儙r的分布特征及水文地質(zhì)意義[J]. 地質(zhì)通報(bào)，2008，27(8)：1168–1172.

DU Zhongning，DANG Xueya，LU Na. Distribution characteristics of burnt metamorphic rocks in the Northern Shaanxi Energy and Chemical Industry Base，China and their hydrogeological significance[J]. Geological Bulletin of China，2008，27(8)：1168–1172.

[2] 侯恩科，陳培亨. 神府煤田煤層自燃研究[J]. 西安礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1993(2)：137–142.

HOU Enke，CHEN Peiheng. Study on spontaneous combustion of coal seams in Shenfu coal field[J]．Journal of Xi’an Mining Institute，1993(2)：137–142.

[3] 侯恩科，童仁劍，馮潔，等. 燒變巖富水特征與采動(dòng)水量損失預(yù)計(jì)[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2017，42(1)：175–182.

HOU Enke，TONG Renjian，F(xiàn)ENG Jie，et al. Water enrichment characteristics of burnt rock and prediction on water loss caused by coal mining[J]. Journal of China Coal Society，2017，42(1)：175–182.

[4] 侯恩科，閆鑫，鄭永飛，等. Bayes判別模型在風(fēng)化基巖富水性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39(6)：942–949.

HOU Enke，YAN Xin，ZHENG Yongfei，et al. Application of Bayes discriminant model in prediction of water enrichment of weathered bedrock[J]. Journal of Xi’an University of Science and Technology，2019，39(6)：942–949.

[5] 董震雨，王雙明. 采煤對(duì)陜北榆溪河流域地下水資源的影響分析：以杭來(lái)灣煤礦開(kāi)采區(qū)為例[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2017，31(3)：185–190.

DONG Zhenyu，WANG Shuangming. Influence of coal exploitation on groundwater resources in Yuxi river valley of northern Shaanxi[J]．Journal of Arid Land Resources and Environment，2017，31(3)：185–190.

[6] 張志祥，張永波，付興濤，等. 煤礦開(kāi)采對(duì)地下水破壞機(jī)理及其影響因素研究[J]. 煤炭技術(shù)，2016，35(2)：211–213.

ZHANG Zhixiang，ZHANG Yongbo，F(xiàn)U Xingtao，et al. Study of destruction mechanism of coal mining on groundwater and its influencing factors[J]. Coal Technology，2016，35(2)：211–213.

[7] 張渝，胡社榮，彭紀(jì)超，等. 中國(guó)北方煤層自燃產(chǎn)物分類及宏觀模型[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2016，41(7)：1798–1805.

ZHANG Yu，HU Sherong，PENG Jichao，et al. Metamorphic products of coal combustion and its macroscopic models in North China[J]. Journal of China Coal Society，2016，41(7)：1798–1805．

[8] 黃雷，劉池洋. 鄂爾多斯盆地北部地區(qū)延安組煤層自燃燒變產(chǎn)物及其特征[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，2014，88(9)：1753–1761.

HUANG Lei，LIU Chiyang. Products of combustion of the Yanan Formation coal seam and their characteristics in the northeastern Ordos Basin[J]. Acta Geologica Sinica，2014，88(9)：1753–1761.

[9] 李峰，劉鴻福，張新軍，等. 基于分形理論確定地下煤層自燃火區(qū)范圍[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2013，41(3)：15–17.

LI Feng，LIU Hongfu，ZHANG Xinjun，et al. Determination of spontaneous combustion extent in coal seams on the basis of the fractal theory[J]. Coal Geology & Exploration，2013，41(3)：15–17.

[10] 花育才，孟紅星，孫耀峰. 磁法和瞬變電磁法探測(cè)煤層火燒區(qū)邊界及富水性[J]. 中國(guó)煤炭地質(zhì)，2012，24(8)：80–84.

HUA Yucai，MENG Hongxing，SUN Yaofeng. Coal seam burning area boundary and water yield property detection through magnetic method and transient electro-magnetic method(TEM)[J]. Coal Geology of China，2012，24(8)：80–84.

[11] 秦守萍，宋建華，白述超，等. 高精度磁法在伊昭井田隱伏火燒區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用[J]. 山東國(guó)土資源，2017，33(10)：57–61.

QIN Shouping，SONG Jianhua，BAI Shuchao，et al. Application of high precision magnetic survey for detdcting concealed burning area in Yizhao coal well[J]. Shandong Land and Resources，2017，33(10)：57–61.

[12] 張振勇. TEM技術(shù)在巖層富水性探測(cè)中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2015，43(6)：109–113.

ZHANG Zhenyong. Application of TEM technique in detecting the water enrichment of strata[J]. Coal Geology & Exploration，2015，43(6)：109–113.

[13] 劉大為，劉天佑，董建華. 小波多尺度分析在煤田火燒區(qū)磁法探測(cè)中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2005，33(6)：61–63.

LIU Dawei，LIU Tianyou，DONG Jianhua. Application of wavelet multi-scale analysis in magnetic prospecting of the burnt coal area[J]．Coal Geology and Exploration，2005，33(6)：61–63.

[14] 宋業(yè)杰，甘志超. 榆神礦區(qū)燒變巖水害防治技術(shù)[J]. 煤礦安全，2019，50(8)：92–96.

SONG Yejie，GAN Zhichao. Water hazard treatment for burnt rock aquifer in Yushen mining area[J]. Safety in Coal Mines，2019，50(8)：92–96.

[15] 王逗. 核磁共振原理及其應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代物理知識(shí)，2005(5)：50–51.

WANG Dou. Principle and application of nuclear magnetic resonance[J]. Modern Physics，2005(5)：50–51.

[16] WEICHMAN P B，LAVELY E M，RITZWOLLER M H. Surface nuclear magnetic resonance imaging of large system[J]. Physical Review Letters，1999，82(20)：4102–4105.

[17] 鄧靖武，潘玉玲，熊玉珍. 探查地下水的新方法：地面核磁共振找水方法的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2004，18(1)：121–126.

DENG Jingwu，PAN Yuling，XIONG Yuzhen. Applied research of a new method for detecting groundwater：SNMR detection groundwater method[J]. Geoscience，2004，18(1)：121–126.

[18] FITTERMAN D V，MARK T. Stewart transient electromagnetic sounding for groundwater[J]. Geophysics，1986，51(4)：995–1005．

[19] 李振宇，潘玉玲，張兵，等. 利用核磁共振方法研究水文地質(zhì)問(wèn)題及應(yīng)用實(shí)例[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2003(4)：50–54.

LI Zhenyu，PAN Yuling，ZHANG Bing，et al. Using NMR method research the hydrogeology problems and practical examples[J]. Hydrogeology & Engineering Geology，2003(4)：50–54.

[20] 孫淑琴，林君，張慶文，等. 氫質(zhì)子弛豫過(guò)程[J]. 物探與化探，2005，29(2)：153–156.

SUN Shuqin，LIN Jun，ZHANG Qingwen，et al. The investigation of hydrogen macroscopic nuclear relaxation[J]. Geophysical & Geochemical Exploration，2005，29(2)：153–156.

[21] 王光海，李高明. 用核磁共振測(cè)井確定滲透率的原理和方法分析[J]. 測(cè)井技術(shù)，2001，25(2)：101–104.

WANG Guanghai，LI Gaoming. On method and principle of determining permeability with NMR[J]. Well Logging Technology，2001，25(2)：101–104.

[22] 賀超. 核磁共振成像系統(tǒng)原理及MR圖像研究[J]. 云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，32(增刊1)：245–248.

HE Chao. The study of principle of nuclear magnetic resonance imaging and MR image[J]. Journal of Yunnan University(Natural Sciences Edition)，2010，32(Sup.1)：245–248．

Application of surface nuclear magnetic resonance technology in detecting water abundance in concealed burnt zone

HOU Enke1, FAN Jiangwei1, GAO Lijun2, WANG Jianwen2, CHEN Dehai3, CHI Baosuo4, WANG Hongke4

(1. College of Geology and Environment, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China; 2. Shenmu Ningtiaota Coal Mining Company Ltd., Shaanxi Coal and Chemical Industry Company Ltd., Yulin 719300, China; 3. Shenfeng Institute of Geological New Technique Application of Shanghai, Shanghai 201702, China; 4. Northern Shaanxi Mining Co., Ltd., Yulin 719000, China)

The overlying bedrock composite aquifer(including weathered bedrock and burnt rock aquifer) in the concealed burnt zone of coal seams is one of the main threats to coal mining. It is of great significance to clarify the water enrichment of the concealed burnt zone for the prevention and control of coal mine water hazards. Ningtiaota Coal Mine, which has experienced a large water inrush accident, was used as the research object, and the Surface Nuclear Magnetic Resonance(SNMR) was used to detect the water enrichment of the aquifer in the concealed burnt area. The results show that there are two aquifers in the concealed burnt zone, namely Quaternary loose sand aquifer and 1-2coal overlying bedrock aquifer. The water enrichment of the Quaternary sand aquifer is affected by the topography of the surface and the top undulating shape of the lower aquifer, and the level changes greatly. The water content of the bedrock aquifer overlying 1-2coal is generally lower in the southwest and higher in the northeast. The thickness of the aquifer is 9-30 m, relatively thicker parts, which is presumed to be the superimposed reflection of weathered bedrock and burnt rock aquifer in the burnt area. In the study area, the overlying bedrock aquifer of 1-2coal generally shows relatively larger water quantity in the western and central southeast regions and relatively weaker water abundance. The conclusions obtained by using SNMR are roughly the same as the results of water inflows from water detection holes and hydrological holes, which indicates that the exploration results of this method are relatively reliable and can be used for the detection of water enrichment in hidden burnt areas.

surface nuclear magnetic resonance; concealed burnt zone; aquifer; water enrichment

移動(dòng)閱讀

語(yǔ)音講解

P641.7

A

1001-1986(2021)05-0230-08

2021-01-15；

2021-06-15

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41472234)；陜西煤業(yè)化工集團(tuán)科研計(jì)劃項(xiàng)目(2017SMHKJ-C-23)

侯恩科，1963 年生，男，陜西扶風(fēng)人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事煤田地質(zhì)與礦井地質(zhì)、礦井水害防治方面的教學(xué)與科研工作. E-mail：houek@xust.edu.cn

侯恩科，樊江偉，高利軍，等. 地面核磁共振技術(shù)在隱伏火燒區(qū)富水性探測(cè)中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2021，49(5)：230–237. doi: 10. 3969/j. issn. 1001-1986. 2021. 05. 025

HOU Enke，F(xiàn)AN Jiangwei，GAO Lijun，et al. Application of surface nuclear magnetic resonance technology in detecting water abundance in concealed burnt zone[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(5)：230–237. doi: 10. 3969/j. issn. 1001-1986. 2021. 05. 025

(責(zé)任編輯 聶愛(ài)蘭)