馬郵國(guó),劉旭東,李 萍,宋方舟,成 龍
(1.陜西韓城天久注漿勘探有限責(zé)任公司,陜西 韓城 715499;2.陜西地礦物化探隊(duì)有限公司,陜西 西安 710043)
煤礦水害是制約礦井安全生產(chǎn)的主要因素之一。為了防治煤礦突水水害發(fā)生,在煤層開(kāi)采之前查明煤層頂?shù)装鍑鷰r的富水情況,以及斷層、裂隙等導(dǎo)水構(gòu)造的分布對(duì)煤礦開(kāi)采十分重要。
瞬變電磁法(TEM)對(duì)低阻體敏感,近些年被廣泛應(yīng)用于探測(cè)煤礦富水異常區(qū)。本文研究區(qū)位于何家塔煤礦,通過(guò)采用瞬變電磁法對(duì)50106工作面上覆火燒區(qū)(4-2上煤層)進(jìn)行探查,查明了富水異常區(qū)的分布范圍,為煤礦安全生產(chǎn)提供了保障[1]。
煤礦自新到老發(fā)育的含水層有河谷第四系(Q)沖積層孔隙潛水含水層、梁塬區(qū)中更新統(tǒng)黃土(Q2)孔隙裂隙潛水含水層、第三系上新統(tǒng)下段砂礫石(N21)弱含水層、侏羅系中統(tǒng)延安組砂巖(J2y)裂隙含水層組、侏羅系下統(tǒng)富縣組砂巖(J1f)裂隙承壓含水層、三疊系上統(tǒng)永坪組(T2y)砂巖裂隙承壓含水層、燒變巖潛水含水層。
工作區(qū)巖性主要有含水砂巖、泥巖、黏土、風(fēng)積沙、砂質(zhì)泥巖、4-2上煤、砂巖。工作區(qū)巖性電物性特征見(jiàn)表1。
從表1可以看出,不同巖層與含水巖層視電阻率差異非常明顯。
表1 工作區(qū)巖性電物性特征統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of lithologic and electrical properties in working area
此次探測(cè)范圍面積約為0.25 km2,布設(shè)網(wǎng)度20 m×20 m,測(cè)線方位角329°,測(cè)線54條,測(cè)點(diǎn)702個(gè)(圖1)。使用儀器為HPTEM-18型高精度瞬變電磁系統(tǒng),選用發(fā)射接收頻率為6.25 Hz,疊加次數(shù)為200次的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。
圖1 瞬變電磁測(cè)量工作布置示意Fig.1 Arrangement of transient electromagnetic measurement
瞬變電磁法觀測(cè)數(shù)據(jù)是各測(cè)點(diǎn)各個(gè)測(cè)道的瞬變感應(yīng)電壓,通過(guò)濾波、時(shí)深轉(zhuǎn)換、繪制參數(shù)圖件等步驟,換算成視電阻率,視深度等參數(shù),對(duì)資料進(jìn)行下一步解釋。
根據(jù)每條測(cè)線的斷面圖,分析在該工區(qū)地質(zhì)剖面上可能存在的異常,再對(duì)各含水層位的平面圖可能存在的異常的分布規(guī)律進(jìn)行解釋,最后根據(jù)斷面圖和平面圖結(jié)合已有的地質(zhì)資料綜合分析解釋,確定水文地質(zhì)異常分布范圍。
圖2為1區(qū)156、160測(cè)線視電阻率擬斷面圖。從圖2中可以看出156線4-2上煤標(biāo)高處中部向北部電阻率變低,160線南部視電阻率相對(duì)較低,南部電阻率緩慢變高,156線的距離180~240 m處、160線的距離0~160 m處有明顯低電阻率形態(tài)呈現(xiàn),表明局部視電阻率低值是存在的。
圖2 1區(qū)156、160測(cè)線視電阻率擬斷面圖Fig.2 Quasi-profile of apparent resistivity of No.156 and No.160 lines in No.1 area
圖3為2區(qū)258、262測(cè)線視電阻率擬斷面圖。從圖3中可以看出258線、262線4-2上煤標(biāo)高處,距離140~200 m處有明顯低電阻率形態(tài)呈現(xiàn),表明局部視電阻率低值是存在的。
圖3 2區(qū)258、262測(cè)線視電阻率擬斷面圖Fig.3 Quasi-profile of apparent resistivity of No.258 and No.262 lines in No.2 area
多個(gè)測(cè)線斷面特征看出,4-2上煤標(biāo)高處視電阻率特征與4-2上煤火燒區(qū)分布特征大致相似,局部有相對(duì)低阻值或相對(duì)高阻分布,在局部低阻分布范圍表明其位置巖層視電阻率較小,可能為火燒區(qū)含水相對(duì)較富水范圍。
圖4為1區(qū)4-2上煤標(biāo)高1 090—1 095 m視電阻率等值線平面圖。從圖中看出,測(cè)區(qū)中部視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)較低形態(tài),測(cè)區(qū)西部、東部視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)中低形態(tài),由于火燒區(qū)存在較多的裂隙,致使含水地層水由地層向破碎區(qū)域匯集,造成低阻的電性特征。通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析,1區(qū)共劃分出低阻異常2個(gè),均落于煤層火燒區(qū)范圍,展布方向與煤層出露界線一致,編號(hào)為S1、S2。
圖4 1區(qū)4-2上煤標(biāo)高1 090—1 095 m視電阻率等值線平面圖Fig.4 The plane of apparent resistivity isoline of elevation 1 090~1 095 m of No.4-2 upper coal in No.1 area
圖5為2區(qū)4-2上煤標(biāo)高1 085—1 090 m視電阻率等值線平面圖。從圖中看出,測(cè)區(qū)中部視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)較高形態(tài),測(cè)區(qū)北部、西部、東部視電阻率局部呈現(xiàn)相對(duì)較低形態(tài),由于火燒區(qū)存在較多的裂隙,致使含水地層水由地層向破碎區(qū)域匯集,造成低阻的電性特征。通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析,共劃分出低阻異常5個(gè),其中4個(gè)低阻異常處于煤層出露線附近的火燒區(qū)位置,一個(gè)低阻異常位于遠(yuǎn)離煤層出露線的未火燒范圍,5個(gè)異常編號(hào)為S3、S4、S5、S6、S7。異常特征見(jiàn)表2。
圖5 2區(qū)4-2上煤標(biāo)高1 085—1 090 m視電阻率等值線平面圖Fig.5 The plane of apparent resistivity isoline of elevation 1 085~1 090 m of No.4-2 upper coal in No.2 area
表2 瞬變電磁異常特征Table 2 Transient electromagnetic anomaly feature
(1)在研究區(qū)范圍內(nèi)共發(fā)現(xiàn)7處相對(duì)低阻富水性異常區(qū),主要位于研究區(qū)1區(qū)中部,2區(qū)中東部,建議在煤礦生產(chǎn)時(shí),對(duì)富水區(qū)域采取防治水措施,減少煤層開(kāi)采時(shí)所帶來(lái)的安全隱患。
(2)瞬變電磁法對(duì)低阻體敏感,是煤礦探測(cè)富水區(qū)的重要手段。
(3)由于瞬變電磁法有其多解性,所以在解釋中應(yīng)將物探結(jié)果與已知地質(zhì)資料、水文地質(zhì)資料結(jié)合起來(lái)綜合分析,對(duì)物探資料去偽存真,取得更好的地質(zhì)效果,提高解釋成果的可靠度。