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        可控源音頻大地電磁法對(duì)斷層探測(cè)的適用性分析

        2023-08-08 10:22:12班操
        煤炭與化工 2023年6期

        班操

        (貴州省煤田地質(zhì)局 水源隊(duì),貴州 貴陽 550000)

        0 引 言

        礦井開采過程中,一旦發(fā)生突水事故,將在短時(shí)間內(nèi)對(duì)礦井造成巨大破壞,嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn),礦井突水水源主要有老窯水、大氣降水、地下水和地表水。斷層的存在,使地層的完整性與連續(xù)性遭到破壞,原本巖石的力學(xué)強(qiáng)度發(fā)生變化,可能連通礦井下伏承壓中強(qiáng)含水層以及上覆中強(qiáng)含水層或地表水,加之礦井開采中,人工采礦裂隙大量出現(xiàn),改變了斷層帶附近應(yīng)力場(chǎng)和地下水的天然流場(chǎng),地表水、地下水更可能沿?cái)嗔褞нM(jìn)入礦井,產(chǎn)生礦井突水風(fēng)險(xiǎn)[1-6]。斷層是地質(zhì)工作中重要的調(diào)查研究對(duì)象,對(duì)于出露地表的斷層可通過野外實(shí)地勘察判斷其規(guī)模形態(tài),但對(duì)于埋藏地下的隱伏斷層無法直接觀測(cè),可控源音頻大地電磁法作為近幾十年來發(fā)展起來的一種時(shí)間域電法勘查手段,在控制構(gòu)造、采空區(qū)及巖溶等方面均有很好的效果[7],因此,在礦井施工前、施工中采用物探手段對(duì)區(qū)域斷層進(jìn)行探測(cè)具有重要的意義。

        本文以貴州省黔西縣青龍煤礦為研究對(duì)象,在對(duì)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)資料收集和區(qū)域地層地球物理特征分析的基礎(chǔ)上,合理布置物探及鉆探工作量,通過可控源音頻大地電磁法探測(cè)成果資料對(duì)區(qū)內(nèi)斷層進(jìn)行解譯,結(jié)合勘探資料,分析區(qū)域內(nèi)可控源音頻大地電磁法對(duì)斷層探測(cè)成果的可靠性,進(jìn)而對(duì)可控源音頻大地電磁法對(duì)斷層探測(cè)的廣泛適用性進(jìn)行探討。

        1 區(qū)域地質(zhì)條件

        區(qū)域內(nèi)出露的地層巖性以沉積巖為主,少部分地區(qū)出露基性噴發(fā)巖。出露地層從震旦系至白堊系均有分布。自下而上為寒武系、二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m) 灰?guī)r、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組(P3β)、龍?zhí)督M(P3l) 含煤多層夾碎屑巖及灰?guī)r、長興組(P3c) 灰?guī)r、三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y) 灰?guī)r與碎屑巖、茅草鋪組(T1m) 灰?guī)r與白云巖,三疊系中統(tǒng)松子坎組(T2s) 碎屑巖與灰?guī)r、獅子山組(T2sh)白云巖與白云質(zhì)灰?guī)r、第四系(Q)[8]。

        2 地球物理特征

        2.1 探測(cè)區(qū)地層電性特征

        二疊系茅口組細(xì)晶硅質(zhì)灰?guī)r夾泥巖以及峨眉山玄武巖,視電阻率值較大,通常為1 000 ~2 000 Ω·m。二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M巖性主要為碎屑巖、炭質(zhì)泥巖、灰?guī)r以及煤層。視電阻率值通常為400 ~1 200 Ω·m。二疊系上統(tǒng)長興組巖性主要為灰?guī)r,斷續(xù)夾燧石團(tuán)塊及條帶。視電阻率值較小,通常為200 ~500 Ω·m。三疊系下統(tǒng)夜郎組巖性主要為泥巖、細(xì)晶灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖夾薄層泥灰?guī)r。視電阻率值較小,通常為200 ~400 Ω·m。第四系地層視電阻率值一般10 ~200 Ω·m。

        探測(cè)區(qū)地層電性差異明顯,正常地層組合條件下,在橫向與縱向上物性都有固定的變化規(guī)律可循,CSAMT 法采用頻率域測(cè)深,能夠較好地區(qū)分各個(gè)地層。

        2.2 探測(cè)區(qū)斷層電性特征

        在正常情況下,橫向上地層電阻率差異較小,視電阻率等值線平緩,但當(dāng)斷層發(fā)育、巖石破碎富水時(shí),視電阻率值會(huì)發(fā)生急劇變化,視電阻率等值線呈現(xiàn)“U”、“V”字形或“串珠”形等梯度變化帶。可以根據(jù)這一地球物理特性,從橫向上對(duì)斷層進(jìn)行探測(cè)并解釋推斷。

        3 工程布置概況

        按照盡量與構(gòu)造、地層走向垂直,盡量穿過已知的鉆孔等,盡量避開高壓線、房屋、河流的原則,此次CSAMT 法測(cè)網(wǎng)采用50 m×30 m 的網(wǎng)度,即線距為50 m,點(diǎn)距為30 m。結(jié)合物探分析資料,鉆探孔沿物探測(cè)線布置在異常區(qū)附近(圖1)。

        圖1 探測(cè)區(qū)工程布置示意Fig.1 The project layout of detection area

        4 物探成果解譯

        測(cè)區(qū)內(nèi)共布設(shè)35 條測(cè)線,此次選取物探、鉆探成果反映較好的L43、L48、L58 測(cè)線進(jìn)行分析。據(jù)CSAMT 法L48 線綜合剖面圖,視電阻率在縱向、橫向上變化特征明顯,較好的反映了地層的電性特征[9-10]。

        在樁號(hào)1 000 ~1 550,標(biāo)高1 100—1 280 m,存在一等值線梯度變化較劇烈?guī)?,推斷為逆斷層DF1,傾角37°~80°,落差50 m。

        在樁號(hào)1 600 ~2 000,標(biāo)高1 100—1 280 m,存在一等值線梯度變化較劇烈?guī)В茢酁槟鏀鄬覨22,傾角50°左右,落差15 m。

        在樁號(hào)1 100 位置附近,標(biāo)高1 200—1 280 m視電阻率等值線梯度變化較大,推斷該處為斷層DF2,傾角80°,落差不明。

        在樁號(hào)1 200 ~1 400,標(biāo)高1000—1280 m,視電阻率等值線梯度變化較大,推斷該處為斷層DF9,傾角30°~70°,落差10 m,該斷層被逆斷層DF1 所切割。

        在樁號(hào)1 400 ~1 550 m,標(biāo)高1 000—1 280 m,視電阻率等值線梯度變化較大,推斷該處為斷層DF5,該斷層被逆斷層DF1 所切割,傾角60°~80°,落差不明。

        在樁號(hào)1 550 附近,標(biāo)高950—1 080 m,視電阻率等值線呈現(xiàn)“V”字形異常,推斷該處為斷層DF7,傾角73°,落差小于10 m。

        在樁號(hào)1 600 ~1 900 m 附近,標(biāo)高1 000—1 300 m,存在一組視電阻率等值線梯度變化較大,推斷該處為斷層F28,傾角50°~80°,落差25 m左右。

        其余測(cè)線斷層判別依據(jù)同L48,在此不再贅述,各測(cè)線斷層解譯成果如圖2 ~圖4 所示。

        5 鉆探揭露斷層概況

        鉆孔L402 布設(shè)于測(cè)線L43,位于樁號(hào)1 300上,鉆探資料顯示,在標(biāo)高1 185 m 上下的位置,鉆孔巖芯破碎,結(jié)合測(cè)井及已有地質(zhì)資料,判斷為斷層F55,傾角50°,落差10 ~20 m;在標(biāo)高1 129 m 上下的位置,鉆孔巖芯非常破碎,結(jié)合測(cè)井及已有地質(zhì)資料,判斷為斷層F35,傾角50°~70°,落差25 ~50 m,如圖2 所示。

        鉆孔L302 布設(shè)于測(cè)線L48,位于樁號(hào)1 400 ~1 500,鉆探資料顯示,在標(biāo)高1 139 m 上下的位置,鉆孔巖芯破碎,結(jié)合測(cè)井及已有地質(zhì)資料,判斷為斷層F24,傾角45°~60°,落差0 ~40 m,如圖3 所示。

        圖3 L48 線綜合剖面圖Fig.3 Comprehensive profile of L48 line

        鉆孔L101 布設(shè)于測(cè)線L58,位于樁號(hào)1 400 ~1 500,鉆探資料顯示,在標(biāo)高1 114 m 上下的位置,鉆孔巖芯破碎,結(jié)合測(cè)井及已有地質(zhì)資料,判斷為斷層F24,傾角45°~60°,落差0 ~40 m,如圖4 所示。

        圖4 L58 線綜合剖面圖Fig.4 Comprehensive profile of L58 line

        6 物探解譯可靠性分析

        根據(jù)圖2 資料分析發(fā)現(xiàn),鉆孔L402 在標(biāo)高1 185 m 處揭露了斷層F55,而CSAMT 法視電阻率沒有異常,未解譯為斷層,鉆孔在標(biāo)高1 129 m 處揭露斷層F35,傾角50°~70°,落差25 ~50 m,CSAMT 法在鉆孔L402 位置解譯的斷層DF1 標(biāo)高為1 127 m,傾角37°~80°,落差50 m,與鉆探揭露情況基本吻合。

        根據(jù)圖3 資料分析發(fā)現(xiàn),鉆孔L302 在標(biāo)高1 139 m 處揭露了斷層F24,傾角45°~60°,落差0 ~40 m,CSAMT 法在鉆孔L302 位置解譯的斷層DF1 標(biāo)高為1 128 m,傾角37°~80°,落差50 m,傾角和落差與鉆探揭露情況基本吻合,但在垂向位置上相差11 m,物探與鉆探成果吻合度較低。

        根據(jù)圖4 資料分析發(fā)現(xiàn),鉆孔L101 在標(biāo)高1 114 m 處揭露了斷層F24,傾角45°~60°,落差0 ~40 m,CSAMT 法在鉆孔L101 位置解譯的斷層DF1 標(biāo)高為1 156 m,傾角37°~80°,落差50 m,傾角和落差與鉆探揭露情況基本吻合,但在垂向位置上相差42 m,物探與鉆探成果吻合度較低。

        7 結(jié) 論

        (1) 區(qū)域內(nèi)采用CSAMT 法探測(cè)解譯斷層與鉆探揭露情況在垂向上雖有所差距,但相較于鉆探,CSAMT 法可以對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)斷層的走向、傾向進(jìn)行判斷,因此CSAMT 法對(duì)于斷層的判斷仍具有重要意義和廣泛的適用性。

        (2) CSAMT 法可作為前期斷層判斷的勘測(cè)手段。但單純依靠CSAMT 法探測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)斷層進(jìn)行判斷具有較大的局限性,因此在采用CSAMT 法對(duì)斷層的解譯過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)、已有鉆探資料的結(jié)合分析,增強(qiáng)解譯成果資料的可靠性。

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