安守學(xué),高 超,秦勝君

(北京探創(chuàng)資源科技有限公司,北京 110000)

礦區(qū)隱蔽致災(zāi)因素是指在礦區(qū)地質(zhì)條件中可能引發(fā)危害的各種因素,諸如單斜構(gòu)造、斷層、巖溶裂隙和富水層等[1-3]。這些因素會(huì)直接影響地下礦井的穩(wěn)定性和工作環(huán)境的安全,進(jìn)而對(duì)礦區(qū)的正常生產(chǎn)和人員的生命安全造成重大威脅[4]。當(dāng)前,中國的煤礦采掘處于深度開采和高壓采煤階段,煤礦事故隨時(shí)可能發(fā)生。如何有效應(yīng)對(duì)礦區(qū)隱蔽致災(zāi)因素,發(fā)掘潛在危險(xiǎn)并及時(shí)處置,對(duì)于煤礦井下安全高效生產(chǎn)具有重要意義[5-6]。因此,通過深入研究和檢測(cè)單斜構(gòu)造、斷層、巖溶裂隙、富水層等各種因素的性質(zhì)和分布規(guī)律,可以及時(shí)預(yù)警并預(yù)防礦難的發(fā)生。研究礦區(qū)隱蔽致災(zāi)因素探查對(duì)于加強(qiáng)礦區(qū)安全防范、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、提高工作效益和經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義[7]。瞬變電磁法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于礦區(qū)隱蔽致災(zāi)因素的探查,前人在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究工作,包括單斜構(gòu)造、斷層、巖溶裂隙、富水層等方面[5,7-8]。通過瞬變電磁實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)單斜構(gòu)造對(duì)瞬變電磁場(chǎng)的散射和吸收會(huì)引起強(qiáng)烈的響應(yīng)特征,提出了基于瞬變電磁法的單斜構(gòu)造探測(cè)技術(shù)[9]。同時(shí),基于斷層區(qū)域附近電磁場(chǎng)演變特征,可以定量地對(duì)斷層的信息進(jìn)行分析,從而實(shí)現(xiàn)斷層探查[10]。利用瞬變電磁法還可以探查不同類型的巖溶裂隙和富水層[11]。雖然瞬變電磁法在工程實(shí)踐領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛,但其仍存在著一些問題,如測(cè)量精度不高、數(shù)據(jù)解釋困難等。圍繞上述問題,對(duì)傳統(tǒng)瞬變電磁法的探測(cè)深度、信號(hào)幅值和信噪比等方面進(jìn)行了優(yōu)化,以期提升探測(cè)效率與精度[12-13]。其次,利用非常規(guī)電磁傳感器和高速數(shù)據(jù)采集技術(shù),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄和處理[14]。開發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的數(shù)據(jù)智能分析和處理技術(shù),以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析和預(yù)處理,提高解釋和處理數(shù)據(jù)的能力[15-16]。此外,還通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)型瞬變電磁法進(jìn)行了驗(yàn)證和評(píng)估,以驗(yàn)證其在礦區(qū)隱蔽致災(zāi)因素探查中的實(shí)際應(yīng)用效果[17-18]。目前該技術(shù)仍面臨著測(cè)量精度不高、解釋和處理數(shù)據(jù)困難等問題,需要進(jìn)一步深入研究和探究。本論文采用了一系列試驗(yàn)方法,包括一致性試驗(yàn)、穩(wěn)定性試驗(yàn)、參數(shù)試驗(yàn)、高壓線影響范圍試驗(yàn)和方法有效性試驗(yàn)等,在探查方法方面,研究提出了用視電阻率解釋方法,結(jié)合人工與計(jì)算機(jī)解釋、垂直及水平/順層切片解釋、電性解釋配合綜合地質(zhì)分析,改進(jìn)了瞬變電磁探測(cè)方法。該研究在實(shí)驗(yàn)中通過對(duì)不同地電參數(shù)如電阻率、電導(dǎo)率等的測(cè)量,提取地下巖石和礦體的電學(xué)特性,進(jìn)而推斷單斜構(gòu)造、斷層、巖溶裂隙、富水層等隱蔽致災(zāi)因素的存在和分布。結(jié)果表明,該探查方法具有更高的探測(cè)精度和可靠性,為制定礦井工程設(shè)計(jì)和開展礦區(qū)災(zāi)害防治提供了重要的數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支撐,還在實(shí)踐上提高了探查精度和可靠性,為礦區(qū)隱蔽致災(zāi)因素探查提供了一種新的方法和思路。

1 井田地質(zhì)水文概況

龍鳳井田位于原西南三省煤炭資源遠(yuǎn)景調(diào)查時(shí)劃分的金沙煤田中北部,其區(qū)域范圍包括整個(gè)金沙煤田,如圖1所示。其總體地勢(shì)呈北西高,南東低,最高海拔值為+1 628.3 m,最低海拔值為+980.2 m,最大相對(duì)高差數(shù)值為648.1 m,多數(shù)分布在+1 100～+1 350 m區(qū)間,相對(duì)高差數(shù)值區(qū)間在100～300 m。含煤12～15層,其中9、12煤較穩(wěn)定?？碧诫A段在井田內(nèi)共施工了鉆孔55個(gè),共完成鉆探工程量19 798.17 m(其中水文孔2個(gè),工程量467.01 m),原煤硫分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))平均值超過3%(12煤層),查明的和潛在的煤炭資源量18 341萬t。主采12煤層,上部直接充水含水層包括龍?zhí)督M裂隙含水層、茅口組灰?guī)r巖溶裂隙含水層。其中,后者的厚度大,水壓較高,富水性較強(qiáng),以煤層底板進(jìn)水為主,有待礦井生產(chǎn)過程中進(jìn)一步對(duì)茅口灰?guī)r水文地質(zhì)研究工作。

2 改進(jìn)型瞬變電磁法視電阻率反演

2.1 瞬變電磁法原理

電磁感應(yīng)相關(guān)定律是瞬變電磁法工作基本原理[7,18],圖2為瞬變電磁法(TEM)探測(cè)理論示意圖。研究結(jié)果表明,感應(yīng)電流呈環(huán)帶分布,渦流場(chǎng)極大值以錐形斜面形態(tài)向下、向外移動(dòng)(如圖3),強(qiáng)度逐漸減弱。

圖3 瞬變電磁法探測(cè)示意圖[19]Fig.3 Detection schematic diagram of Transient Electromagnetic Method (TEM)

實(shí)測(cè)瞬變電磁法實(shí)質(zhì)是地層中不同電性的動(dòng)態(tài)反應(yīng)[11],在原始曲線或原始視電阻率斷面圖縱向上只能看出多套地層的綜合電性變化趨勢(shì),而要通過實(shí)測(cè)資料解譯出真實(shí)地層或最接近真實(shí)地層及地質(zhì)異常體的分布情況,就需要對(duì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行反演計(jì)算,從而推譯出地下地層及地質(zhì)異常體的地電結(jié)構(gòu)及電性參數(shù)。

2.2 瞬變電磁法反演技術(shù)參數(shù)選擇試驗(yàn)

考慮探測(cè)區(qū)的實(shí)際條件以及對(duì)斷層的電性響應(yīng)特征。本次試驗(yàn)工作主要進(jìn)行了參數(shù)選擇試驗(yàn),即通過一定數(shù)量的點(diǎn)試驗(yàn),為本區(qū)后續(xù)數(shù)據(jù)采集工作選擇合適的采集參數(shù)。試驗(yàn)內(nèi)容包括一致性試驗(yàn)、穩(wěn)定性試驗(yàn)、參數(shù)試驗(yàn)、高壓線影響范圍試驗(yàn)、方法有效性試驗(yàn)。

2.2.1一致性及穩(wěn)定性試驗(yàn)

利用均方相對(duì)誤差來衡量三臺(tái)接收機(jī)儀器的一致性。利用三臺(tái)儀器同時(shí)在L1線1 420點(diǎn)進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集,通過計(jì)算得出的均方相對(duì)誤差分別為±0.020 68、±0.019 58、±0.025 31,說明3臺(tái)瞬變電磁儀的施工區(qū)間一致性良好,數(shù)據(jù)達(dá)到要求。隨機(jī)抽取某一測(cè)點(diǎn)即1400線2320點(diǎn)的野外記錄,通過計(jì)算3臺(tái)儀器所得的均方相對(duì)誤差分別為±0.013 97、±0.023 2、±0.016 42,滿足規(guī)范要求的精度范圍(±0.05),說明所選3臺(tái)瞬變電磁儀的穩(wěn)定性良好。

2.2.2敏感性參數(shù)試驗(yàn)

1)電流。發(fā)射線框?yàn)? m×3 m,進(jìn)行4次疊加試驗(yàn),發(fā)射電流為900 A和1 000 A,其勘探深度達(dá)到800 m,可以達(dá)到目的任務(wù)的要求深度。通過對(duì)比可見(圖4),發(fā)射電流1 000 A曲線衰減較為圓滑,抗干擾能力強(qiáng),且有效道數(shù)為22道;而發(fā)射電流900 A有效道數(shù)為18道,抗干擾能力弱,曲線衰減晚期尾部有畸變,圓滑程度較差。為此,本次工作選取發(fā)射電流1 000 A作為本次的工作參數(shù)。

(a) 1 000 A

(b) 900 A

2)供電次數(shù)試驗(yàn)。本次瞬變電磁工作前選取常用儀器供電次數(shù)2、4和8次在試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)工作。如圖5,通過試驗(yàn)發(fā)射電流衰減曲線圖可以看出,儀器供電2次曲線較紊亂,數(shù)據(jù)質(zhì)量相對(duì)較差;儀器供電4次曲線早期道較圓滑,但晚期道相對(duì)較亂,數(shù)據(jù)質(zhì)量中等;儀器供電8次曲線,曲線較圓滑,數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。因此,本次物探工作采用儀器供電8次測(cè)量。

(a) 2次

(b) 4次

(c) 8次

3)發(fā)射線框試驗(yàn)。發(fā)射框?yàn)? m×2 m的衰減曲線互感強(qiáng)烈,發(fā)射框?yàn)? m×3 m的衰減曲線能有效壓制干擾,互感較小,因此選擇發(fā)射框?yàn)? m×3 m。

2.2.3高壓線的影響范圍

測(cè)區(qū)內(nèi)存在數(shù)條20 kV高壓線,圖6(a)、(b)、(c)距離20 kV 高壓線40 m、20 m、0 m范圍衰減曲線圖,圖中衰減曲線顯示,當(dāng)測(cè)點(diǎn)距高壓線的距離大于40 m時(shí),20 kV高壓線對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)無影響。

考慮各種干擾因素的影響,最終確定適合本區(qū)的施工裝置與參數(shù)為:TEM法重疊回線裝置,供電電流選擇1 000 A,發(fā)射線框3 m×3 m。位于高壓線正下方的測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)偏移,使采集位置遠(yuǎn)離高壓線20 m以上。

(a) 40 m

(b) 20 m

(c) 0 m

2.3 瞬變電磁視電阻率解釋方法

2.3.1視電阻率異常劃分方法

2.3.2視電阻率解釋方法

1)人工解釋與計(jì)算機(jī)解釋相結(jié)合。在地質(zhì)勘探中,人工解釋是勘探工作的第一道關(guān)口。通過對(duì)主干剖面的解釋,可以確定地質(zhì)層位輪廓,繪制出地層中構(gòu)造以及地層特征形態(tài),以此作為后續(xù)工作的重要基礎(chǔ),為接下來的人機(jī)聯(lián)作以及精細(xì)化解析打下基礎(chǔ)。對(duì)于電磁法數(shù)據(jù)解析過程中,人機(jī)操作交互解釋系統(tǒng)具有特殊的優(yōu)越性,在采用人機(jī)界面對(duì)電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)解釋的同時(shí),還可以提高對(duì)解析數(shù)據(jù)的分辨率。人機(jī)聯(lián)作精細(xì)解釋成為了地質(zhì)勘探中不可或缺的工具。

2)垂直斷面與水平/順層切片解釋相結(jié)合。深度-電阻率斷面圖是地質(zhì)勘探中的基礎(chǔ)圖件,它在兩個(gè)主方向(橫向與縱向)直接反映出探測(cè)區(qū)域電性變化特征,可對(duì)探測(cè)地質(zhì)體進(jìn)行區(qū)域劃分、深度確定、異常區(qū)域圈定。再結(jié)合已探明的地層數(shù)據(jù),例如斷層、巖溶、裂隙含水層地質(zhì)體,將其附加到深度-電阻率斷面圖,構(gòu)建一個(gè)可以直觀對(duì)的數(shù)據(jù)圖,進(jìn)而綜合研判視電阻率解析圖是否可以直觀反映出地質(zhì)現(xiàn)象的特征。

3)電性解釋與綜合地質(zhì)分析相結(jié)合?；谀壳疤綔y(cè)技術(shù)水平與手段的限制,勘探數(shù)據(jù)不可避免存在一定的片面性與局限性,面對(duì)這種境況,需要融合多種方法對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)開展綜合處理。以電磁法探測(cè)的電阻率為基礎(chǔ),對(duì)電磁電阻率同鉆探揭示的地層數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,同時(shí)配合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等多種理論處理方法,從電阻率圖中剔除低可信數(shù)據(jù),提取可靠度較高的地層數(shù)據(jù),進(jìn)而構(gòu)建特征地質(zhì)體的數(shù)學(xué)地質(zhì)模型,分析探測(cè)區(qū)域地層、構(gòu)造、斷層的地質(zhì)體變化規(guī)律,從而再一次與電磁法勘探成果進(jìn)行分析對(duì)比,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)的細(xì)化,獲得可信度更高的電磁勘探結(jié)果,進(jìn)一步提升電阻率圖的精度與可靠性,以確保得出的結(jié)果符合實(shí)際地質(zhì)規(guī)律。

2.4 方法有效性試驗(yàn)

通過試驗(yàn),了解本區(qū)的正常地層的電性特征以及構(gòu)造的反映情況,推斷巖層富水的電性特征。在前期選定的施工參數(shù)前提下,根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪x擇L55線作為試驗(yàn)測(cè)線。該測(cè)線位于37勘探線附近,穿過3705以及3715鉆孔。

3705鉆孔位于L55線2 980 m位置,該鉆孔深305.85 m,鉆孔揭露F14。標(biāo)高1 075～1 218 m為玉龍山段灰?guī)r,標(biāo)高1 062～1 075 m為沙堡灣段泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖,標(biāo)高1 040～1 062 m為長(zhǎng)興組石灰?guī)r,標(biāo)高924～1 040 m為龍?zhí)督M煤系地層,標(biāo)高924 m揭露茅口組灰?guī)r頂板。

圖7斷面(L55線)圖可以看出,在標(biāo)高1070以淺,為第四系及玉龍山段,視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)低阻;在標(biāo)高1 040～1 200 m,隨著深度增加(巖層位于長(zhǎng)興組灰?guī)r、沙堡灣泥巖)視電阻率逐漸增大。在F14斷層,位于樁號(hào)2 960～3 200 m,視電阻率變化幅度較大,視電阻率數(shù)據(jù)結(jié)果與鉆孔探明的地層特征數(shù)據(jù)基本一致。

圖7 L55線視電阻率斷面圖Fig.7 Section view of L55 apparent resistivity

3 礦區(qū)水文地質(zhì)特征參數(shù)反演

3.1 測(cè)點(diǎn)布置與勘探工作量

本次勘查測(cè)區(qū)范圍8.7 km2,采用瞬變電磁法進(jìn)行勘查,測(cè)線南北向布置,設(shè)計(jì)測(cè)點(diǎn)11 080個(gè),部分區(qū)域由于坡度較大,全區(qū)共完成測(cè)點(diǎn)10 124個(gè)。另外布置320個(gè)檢測(cè)點(diǎn),共計(jì)勘探點(diǎn)10 372個(gè),詳見勘探測(cè)點(diǎn)布置圖8所示。

圖8 勘探測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.8 Layout of survey points

每天正式測(cè)量之前,作業(yè)員均到已知點(diǎn)進(jìn)行儀器檢核,當(dāng)儀器測(cè)量坐標(biāo)不超限時(shí),才正式開始作業(yè)。為檢核GPS作業(yè)的可靠性,進(jìn)行同精度檢核測(cè)點(diǎn),施工檢查點(diǎn)387個(gè),外業(yè)檢核率為3.49%。檢核使用儀器及測(cè)量方法與作業(yè)時(shí)相同。檢測(cè)結(jié)果為:點(diǎn)位平面位置中誤差=±0.57m,高程中誤差=±0.23m,計(jì)算公式如下:

(1)

式中:hm為中誤差,m;Δhσ為檢查值與原始值之差,m;n為檢查點(diǎn)總數(shù)。

本次測(cè)地工作采用參數(shù)與前人工作一致,儀器自身精度及外業(yè)核檢精度滿足要求,測(cè)點(diǎn)位置放樣準(zhǔn)確無誤。

3.2 數(shù)據(jù)處理流程

數(shù)據(jù)處理流程如圖9所示?；诟倪M(jìn)型瞬變電磁法應(yīng)用的是一維反演處理技術(shù),此技術(shù)較為成熟,探測(cè)結(jié)果可靠性高,采用配套的探測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件處理數(shù)據(jù),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)反演解釋。經(jīng)過資料處理可獲得全區(qū)的以電性參數(shù)為主的三維數(shù)據(jù)體,生成沿測(cè)線方向的(視)電阻率斷面圖73條,并結(jié)合地質(zhì)資料提取了不同目的層的順層切片2個(gè)。

3.3 電阻率垂直斷面演變特征

各測(cè)線電阻率斷面圖反映了在測(cè)線位置地質(zhì)體橫向上和垂向上的電性分布特征,根據(jù)電阻率等值線或色譜的形態(tài)、規(guī)模、變化特征及數(shù)值的大小,可以推斷地質(zhì)體或異常的形態(tài)、性質(zhì)等,是研究地層的電性特征及富水性的主要條件之一。結(jié)合已知資料,在斷面圖中標(biāo)繪出茅口組頂界面及斷層等,結(jié)合電阻率數(shù)據(jù)間距以及梯度變化,對(duì)構(gòu)造、斷層以及含水地質(zhì)體進(jìn)行解析。

圖9 瞬變電磁資料處理流程Fig.9 Data processing flowchart of transient electromagnetic method

3.3.1單斜構(gòu)造在視電阻率斷面圖中的定量表征

從圖10斷面(L57線)圖可以看出,視電阻率從上至下,依次為“低-高-低-高”的趨勢(shì),依次反映三疊系夜郎組、二疊系長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M以及二疊系下統(tǒng)茅口組的電性反映。從小號(hào)往大號(hào)方向電阻率等值線整體趨勢(shì)逐漸變淺,傾向小號(hào),即地層由左到右逐步上升,傾向南。

從圖11斷面(L45線)圖可以看出,視電阻率從上至下,依次為“低-高-低-高”的趨勢(shì),依次反映三疊系夜郎組、二疊系長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M以及二疊系下統(tǒng)茅口組的電性反映。從小號(hào)往大號(hào)方向電阻率等值線整體趨勢(shì)逐漸變淺,傾向小號(hào),即地層由左到右逐步上升,傾向南。

3.3.2斷層構(gòu)造在視電阻率斷面中的定量表征

從圖12斷面(L52線)圖可以看出,視電阻率從上至下,依次為“低-高-低-高”的趨勢(shì),依次反映三疊系夜郎組、二疊系長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M以及二疊系下統(tǒng)茅口組的電性反映。

在標(biāo)高1 000 m以上,視電阻率數(shù)值相對(duì)較低,呈現(xiàn)相對(duì)低阻,結(jié)合資料為第四系及夜郎組的電性反映;在標(biāo)高920～1 160 m,視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)高阻,為長(zhǎng)興組及龍?zhí)督M的電性反映;在標(biāo)高920 m,為茅口組灰?guī)r的電性反映。其中在標(biāo)高為900 m附近,視電阻率整體呈現(xiàn)相對(duì)低阻,為茅口灰?guī)r相對(duì)富水的電性反映。

在樁號(hào)3 680～3 760 m,在標(biāo)高1 000～1 100 m范圍內(nèi),視電阻率表現(xiàn)出幅度較大,結(jié)合已探明地層數(shù)據(jù),推斷該處為F15斷層引發(fā)的電阻異常。該斷層在該線的反映為:傾角70°左右,落差3 m,傾向小號(hào),發(fā)育于T1y、P3c、P3l地層; 在樁號(hào)4 440～4 560 m,在標(biāo)高1 040～1 200 m范圍內(nèi),視電阻率表現(xiàn)出幅度較大,結(jié)合已探明地層數(shù)據(jù),推斷該處為F16斷層引發(fā)的電阻異常。該斷層在該線的反映為:傾角70°左右,落差3 m,傾向小號(hào),發(fā)育于T1y、P3c、P3l地層。

從圖13斷面(L15線)圖可以看出,視電阻率從上至下,依次為“低-高-低-高”的趨勢(shì),依次反映三疊系夜郎組、二疊系長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M以及二疊系下統(tǒng)茅口組的電性反映。

在標(biāo)高1 000 m以上,視電阻率數(shù)值相對(duì)較低,在標(biāo)高1 000 m以上,視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)低阻,結(jié)合資料為第四系及夜郎組的電性反映;在標(biāo)高920～1 160 m,視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)高阻,為長(zhǎng)興組及龍?zhí)督M的電性反映;在標(biāo)高920 m,為茅口組灰?guī)r的電性反映。其中在標(biāo)高為900 m附近,視電阻率整體呈現(xiàn)相對(duì)低阻,位于水位附近巖層充水的電性反映。

在樁號(hào)3 120～3 200 m,標(biāo)高1 000～1 200 m,視電阻率表現(xiàn)出幅度較大,結(jié)合已探明地層數(shù)據(jù),推斷該處為F10斷層(傾角70°左右,落差5 m,傾向大號(hào),發(fā)育于T1y、P3c、P3l、P2m地層)引發(fā)的電阻異常。并于多個(gè)落水洞存在水利聯(lián)系;在樁號(hào)3 120～3 200 m,標(biāo)高1 000～1 200 m,視電阻率表現(xiàn)出幅度較大,結(jié)合已探明地層數(shù)據(jù),推斷該處為F10斷層引發(fā)的電阻異常。

圖13 L15線視電阻率斷面圖Fig.13 Section view of L15 apparent resistivity

3.3.3巖溶裂隙在視電阻率斷面中的定量表征

從圖14斷面(L20線)圖可以看出,視電阻率從上至下,依次為“低-高-低-高”的趨勢(shì),依次反映三疊系夜郎組、二疊系長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M以及二疊系下統(tǒng)茅口組的電性反映。

圖14 L20線視電阻率斷面圖Fig.14 Section view of L20 apparent resistivity

在標(biāo)高1 000 m以上,視電阻率數(shù)值相對(duì)較低,結(jié)合資料為第四系及夜郎組的電性反映;在標(biāo)高940 m～1 160 m,視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)高阻,為長(zhǎng)興組及龍?zhí)督M的電性反映;在標(biāo)高940 m,為茅口組灰?guī)r的電性反映。其中在標(biāo)高為900 m附近,視電阻率整體呈現(xiàn)相對(duì)低阻,為地下巖層富水的電性反映。

在標(biāo)高600～850 m,樁號(hào)1 400～1 700 m,存在一條視電阻率低阻條帶,發(fā)育于P3c、P3l、P2m地層,推斷為裂隙帶充水或充泥的電性反映;在標(biāo)高600～1 100 m,樁號(hào)2 100～2 300 m,存在一條視電阻率低阻條帶,發(fā)育于T1y、P3c、P3l、P2m地層,推斷為裂隙帶帶充水或充泥的電性反映;在標(biāo)高800～1 000 m,樁號(hào)2 900～3 650 m,存在一條視電阻率低阻條帶,發(fā)育于P2m地層,推斷為巖溶充水或充泥的電性反映;在標(biāo)高700～1 000 m,樁號(hào)3 800～4 720 m,存在一條視電阻率低阻條帶,發(fā)育于P2m地層,推斷為巖溶充水或充泥的電性反映。

從圖15斷面(L72線)圖可以看出,視電阻率從上至下,依次為“低-高-低-高”的趨勢(shì),依次反映三疊系夜郎組、二疊系長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M以及二疊系下統(tǒng)茅口組的電性反映。

圖15 L72線視電阻率斷面圖Fig.15 Section view of L72 apparent resistivity

在標(biāo)高850～950 m,樁號(hào)3 100～3 200 m,存在一條視電阻率低阻條帶,發(fā)育于P3l、P2m地層,推斷為裂隙帶充水或充泥的電性反映;在標(biāo)高900～1 000 m,樁號(hào)3 400～3 500 m,存在一條視電阻率低阻條帶,發(fā)育于P3l、P2m地層,推斷為裂隙帶帶充水或充泥的電性反映。

4 探測(cè)區(qū)內(nèi)富水性評(píng)價(jià)

根據(jù)電阻率斷面圖和順層切片圖中電阻率等值線(色譜)的反映形態(tài)、范圍大小、阻值,結(jié)合地震地質(zhì)資料,確定垂直斷面富水性分類原則。

4.1 富水性分類原則

A類富水區(qū):所反映的富水體含水性相對(duì)較豐富,為相對(duì)強(qiáng)富水區(qū),一般具備下列條件:電阻率較低,并且等值線梯度變化劇烈,異常區(qū)域數(shù)值的幅度大;異常區(qū)域的范圍相對(duì)較大;連通性好,有豐富的補(bǔ)給來源或地質(zhì)上認(rèn)為有利于富水的地段。

C類富水區(qū):所反映的富水體含水性相對(duì)較弱,為相對(duì)弱富水區(qū),一般阻值相對(duì)較高的低阻異常,等值線相對(duì)較為平緩或范圍較小。

B類富水區(qū):介于A類富水區(qū)和C類富水區(qū)之間。

4.2 巖層富水性評(píng)價(jià)

4.2.1茅口組灰?guī)r頂界面富水區(qū)

A類異常為茅口組灰?guī)r頂界面的強(qiáng)富水區(qū),視電阻率順層切片圖(圖16)表明,該類異常均呈橢圓狀或條帶狀展布,以A1-A16標(biāo)記,結(jié)合水文條件探明數(shù)據(jù),此區(qū)域巖溶裂隙發(fā)育,承壓水,富水性強(qiáng)。該類異?？偯娣e約為1 099 600 m2。各個(gè)異常區(qū)詳見表1。

B類異常為茅口組灰?guī)r頂界面的中等富水區(qū),視電阻率順層切片圖結(jié)果表明,該類異常均呈橢圓狀或條帶狀展布,以B1～B10標(biāo)記,一般位于A類富水區(qū)的外圍,面積約為1 994 200 m2。

其余為C類富水區(qū)。

圖16 視電阻率順層切片圖及富水性分布圖Fig.16 Apparent resistivity slices along coal seam and water-richness distribution map

表1 頂界面強(qiáng)富水區(qū)區(qū)塊統(tǒng)計(jì)Table 1 Water-rich zones at the top interface

續(xù)表1

4.2.2茅口組灰?guī)r頂界面下20 m富水區(qū)

A類異常為茅口組灰?guī)r頂界面下20 m的強(qiáng)富水區(qū),視電阻率順層切片圖(圖17)表明,該類異常均呈橢圓狀或條帶狀展布,以A1-A13標(biāo)記,結(jié)合水文條件探明數(shù)據(jù),此區(qū)域巖溶裂隙發(fā)育,承壓水、富水性強(qiáng)。該類異?？偯娣e約為556 600 m2。各個(gè)異常區(qū)詳見表2所示。

圖17 視電阻率順層切片圖及富水性分布圖Fig.17 Apparent resistivity slices along coal seam and water-richness distribution map

B類異常為茅口組灰?guī)r頂界面的中等富水區(qū),視電阻率順層切片圖探測(cè)結(jié)果表明,該類異常均呈橢圓狀或條帶狀展布,以B1～B10標(biāo)記,一般位于A類富水區(qū)的外圍,面積約為1 845 700 m2。

其余為C類富水區(qū)。

表2 頂界面下20 m強(qiáng)富水區(qū)區(qū)塊統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of water-rich zones at 20 m below the top interface

續(xù)表2

4.2.3長(zhǎng)興組底板面富水區(qū)

視電阻率斷面(圖18)結(jié)果表明:測(cè)區(qū)南部視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)低阻,受地下水沖刷,易形成巖溶發(fā)育區(qū)。

A類異常為長(zhǎng)興組底板的強(qiáng)富水區(qū),視電阻率順層切片圖結(jié)果表明,該類異常均呈橢圓狀或條帶狀展布,以A1標(biāo)記,結(jié)合水文條件探明數(shù)據(jù),此區(qū)域巖溶裂隙發(fā)育,承壓水,富水性強(qiáng),該類異?？偯娣e約為141 900 m2。

B類異常為長(zhǎng)興組底板的中等富水區(qū),視電阻率順層切片圖結(jié)果表明,該類異常主要呈現(xiàn)中電阻率,局部呈現(xiàn)低阻反映,主要呈橢圓狀或條帶狀展布,以B1-B18標(biāo)記,面積約為1 211 100 m2。

其余為C類富水區(qū)。

圖18 長(zhǎng)興組底板視電阻率順層切片圖及富水性分布圖Fig.18 Apparent resistivity slices along coal seam and water-richness distribution map of floor in Changxing formation

4.2.4玉龍山組底板富水區(qū)

A類異常為長(zhǎng)興組底板的強(qiáng)富水區(qū),視電阻率順層切片圖(圖18)結(jié)果表明,該類異常均呈橢圓狀或條帶狀展布,以A1標(biāo)記,結(jié)合水文條件探明數(shù)據(jù),此區(qū)域巖溶裂隙發(fā)育,承壓水,富水性強(qiáng),該類異?？偯娣e約為546 800 m2。各個(gè)異常區(qū)詳見表3。

B類異常為長(zhǎng)興組底板的中等富水區(qū),從該層位視電阻率順層切片圖來看,該類異常主要呈現(xiàn)中電阻率,局部呈現(xiàn)低阻反映,主要呈橢圓狀或條帶狀展布,以B1～B18標(biāo)記,面積約為811 300 m2。

其余為C類富水區(qū)。

表3 玉龍山組底板強(qiáng)富水區(qū)區(qū)塊統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of water-rich zones at the floor in Yulongshan formation

4.2.5垂向水力聯(lián)系

玉龍山段巖層與長(zhǎng)興組巖層之間間距在10.10～21.11 m,平均13.73 m,受電磁法體積效應(yīng)的影響,兩個(gè)層位富水區(qū)位置范圍差異較小,如圖19所示。故本次主要考慮長(zhǎng)興組與茅口組灰?guī)r的水力聯(lián)系。

圖19 玉龍山組底板視電阻率順層切片圖及富水性分布圖Fig.19 Apparent resistivity slices along coal seam and water-richness distribution map of floor in Yulongshan formation

長(zhǎng)興組B1富水區(qū)通過裂隙與茅口組灰?guī)rA1、B1富水區(qū)發(fā)生水力聯(lián)系;長(zhǎng)興組A1富水區(qū)與茅口組灰?guī)rB2富水區(qū)通過存在一定的水力聯(lián)系;長(zhǎng)興組B4富水區(qū)通過裂隙與茅口組灰?guī)r頂界面A6富水區(qū)發(fā)生水力聯(lián)系;長(zhǎng)興組B3富水區(qū)通過裂隙與茅口組灰?guī)r頂界面B3富水區(qū)發(fā)生水力聯(lián)系;長(zhǎng)興組B6、B7、B9、B11富水區(qū)通過裂隙與茅口組灰?guī)r頂界面B4富水區(qū)發(fā)生水力聯(lián)系;長(zhǎng)興組B5富水區(qū)通過裂隙與茅口組灰?guī)r頂界面B5富水區(qū)發(fā)生水力聯(lián)系;長(zhǎng)興組B12、B13富水區(qū)通過裂隙與茅口組灰?guī)r頂界面B6富水區(qū)發(fā)生水力聯(lián)系;長(zhǎng)興組B15富水區(qū)通過裂隙與茅口組灰?guī)r頂界面B10、B8富水區(qū)存在一定的補(bǔ)給;長(zhǎng)興組B14富水區(qū)通過裂隙與茅口組灰?guī)r頂界面B9富水區(qū)存在一定的補(bǔ)給。

4.2.6富水性綜合探測(cè)結(jié)果

結(jié)合玉龍山組、長(zhǎng)興組、茅口組頂界面、茅口組頂界面下20 m四層視電阻率順層切片圖綜合分析,全區(qū)共分為11個(gè)強(qiáng)富水隱患區(qū),分別標(biāo)記為Ⅰ1-Ⅰ11,Ⅰ1位于測(cè)區(qū)的西南,包含玉龍山組、長(zhǎng)興組、茅口組頂界面富水區(qū)各2個(gè),面積約為843 200 m2;Ⅰ2位于測(cè)區(qū)的東南,包含玉龍山組、長(zhǎng)興組、茅口組頂界面富水區(qū)各1個(gè),面積約為637 100 m2;Ⅰ3位于測(cè)區(qū)的中西部,包含長(zhǎng)興組、茅口組頂界面富水區(qū)各1個(gè),面積約為253 000 m2;Ⅰ4位于測(cè)區(qū)的中部,包含長(zhǎng)興組富水區(qū)3個(gè)、茅口組頂界面富水區(qū)1個(gè),面積約為870 000 m2;Ⅰ5位于測(cè)區(qū)的中東部,包含玉龍山組富水區(qū)1個(gè),長(zhǎng)興組富水區(qū)3個(gè)、茅口組頂界面富水區(qū)1個(gè),面積約為283 600 m2;Ⅰ6位于測(cè)區(qū)的西北部,包含長(zhǎng)興組富水區(qū)1個(gè),面積約為151 400 m2;Ⅰ7位于測(cè)區(qū)的西北部,包含玉龍山組、長(zhǎng)興組、茅口組頂界面富水區(qū)各1個(gè),面積約為158 700 m2;Ⅰ8位于測(cè)區(qū)的北部,包含玉龍山組、長(zhǎng)興組富水區(qū)各1個(gè)、茅口組頂界面富水區(qū)1個(gè),面積約為245 000 m2;Ⅰ9位于測(cè)區(qū)的北東部,包含玉龍山組、長(zhǎng)興組富水區(qū)各1個(gè),面積約為61 800 m2;Ⅰ10位于測(cè)區(qū)的北部,包含玉龍山組、長(zhǎng)興組富水區(qū)各1個(gè),面積約為15 900 m2;Ⅰ11位于測(cè)區(qū)的北東部,包含玉龍山組、長(zhǎng)興組富水區(qū)各1個(gè),面積約為15 700 m2;其余位置為弱富水隱患區(qū)。

5 結(jié)論

1)開展了瞬變電磁法反演技術(shù)參數(shù)選擇試驗(yàn),確定了敏感性參數(shù)指標(biāo),提出人工解釋與計(jì)算機(jī)解釋相結(jié)合、垂直斷面與水平/順層切片解釋相結(jié)合、電性解釋與綜合地質(zhì)分析相結(jié)合的視電阻率解釋方法,視電阻率斷面圖與鉆孔揭露基本一致,驗(yàn)證了該方法的有效性。

2)基于改進(jìn)型瞬變電磁法視電阻率反演技術(shù),在視電阻率斷面圖中單斜構(gòu)造、斷層區(qū)域視電阻率等值線梯度變化較大,巖溶裂隙富水區(qū)處在電阻率低阻條帶,解釋了地層結(jié)構(gòu)、斷裂構(gòu)造及巖溶裂隙賦水特征,實(shí)現(xiàn)了對(duì)單斜構(gòu)造、F10、F15、F16斷層、裂隙帶充水(充泥)隱蔽致災(zāi)因素精準(zhǔn)定位。

3)應(yīng)用改進(jìn)型瞬變電磁法視電阻率反演技術(shù),解析了玉龍山組、長(zhǎng)興組、茅口組頂界面、茅口組頂界面下20 m 4層視電阻率順層切片演化特征,明確了A類富水區(qū)、B類富水區(qū)與C類富水區(qū)分布規(guī)律,闡明了垂向水力聯(lián)系,最終綜合研判出11個(gè)強(qiáng)富水隱患區(qū)。