瞬变电磁法在煤矿浅部构造探测中的应用

　　[摘要]在我国煤矿开采中裂隙突水是煤矿采掘或巷道掘进过程中经常遇到的地质灾害，采矿前期的一个重要的地质任务就是探测采区内构造的分布及地层的含（导） 水性，查明是否存在断层、溶洞、裂隙等对开采可能带来不良影响的地质构造。岩层中的孔隙水会使岩层电阻率降低，而瞬变电磁法对低阻导电层的反映相当灵敏，与其它电探方法相比，利用瞬变电磁法进行地下水勘查具有明显的优势，文章从瞬变电磁探测实例入手，探讨了瞬变电磁法探测浅部构造的可行性。

　　[关键词]断层 瞬变电磁法 低阻异常

　　[中图分类号] P631.3+25 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-5-157-1

　　1引言

　　矿井涌水是煤矿的致命灾害，在我国煤矿开采中，导致突水事故的原因主要有三种：一是灰岩岩溶水，二是砂岩裂隙水，三是老空水或老窑水[1]。这三种原因形成的突水因素严重威胁着煤矿的安全生产，有时会造成巨大的经济损失和人员伤亡，因此，查明矿区复杂的地质构造尤其是水文地质情况（查清含水、涌水通道及富水区），以便及时采取防治措施，防患于未然，保证安全采煤已成为大水矿区亟待解决的首要问题[2]。瞬变电磁法近20年来在国、内外发展比较迅速，这是因为它不仅具有较高的探测能力、探测深度大、工作效率高，且受旁侧地质体的影响也很小，电性层横向分辨能力较强，同时，对地表局部低阻体无静态效应，所以成为解决问题的首选方法[3]。

　　2仪器选择及参数设定

　　本次瞬变电磁法勘探使用的是加拿大凤凰公司生产的V8多功能电磁法探测仪，该仪器具抗干扰能力强、测量动态范围大、体积小、功率大、施工方便及测量精度高等特点。

　　发射机发射电压最高可达140V，满足大电流、大深度的探测要求，发射和接收采用GPS卫星同步，智能化调整叠加次数，有效屏蔽人文电磁干扰，高精度中心探头，LCD大窗口实时显示电压衰减曲线和视电阻率曲线以及大容量数据存储和方便快捷的通信，并具有一定的预处理功能，是当前国际上最先进的电磁法探测系统之一。

　　3施工布置

　　根据本次探测的实际要求，在本次瞬变电磁探测中，瞬变电磁施工测点延垂向断层走向方向布置，布置为100m×40m，即线距100m，点距40m。TEM是一种时间域电磁勘探方法，利用不接地回线向地下发射一次场，在一次场间歇期间测量由地下介质产生的二次感应电磁场随时间的衰减特性。研究表明，该方法与传统直流电法相比，具有较高的分辨能力，尤其对低阻的分辨能力更佳。本次工作采用中心回线装置，发射边长为120m×120m，接收回线边长1m×1m，100匝，发射与接收线框均水平放置。发射波形为1∶1的双极性方波，最大电流15A。为压制干扰，获得可靠信号，采用多次叠加技术，叠加次数为200～500次。选用25Hz发射基频进行工作，探测深度为20～400m。根据已知地质资料，布置测线方向尽可能与地质推断构造走向垂直，基本网度为100m×20m。施工过程中严格执行中国有色金属工业总公司《地面瞬变电磁法技术规定》。

　　4矿区地质地球物理特征

　　测区地层由浅到深大体上呈低阻—高阻—低阻的变化特征。浅地表，以第四系马兰黄土、残坡积砂土、亚砂土及冲洪积物、砾石为主，视电阻率值在30Ω.m上下，其下是侏罗系中下统延安组细砂岩、中粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及5、6煤组，其视电阻率值较高，在50Ω.m左右，再往下，三叠系上统延长组粗、中粒长石石英砂岩以及含砾砂岩，其视电阻率值相对较低，在10～30Ω.m之间。沿测线方向，视电阻率等值线变化平缓，很好地反映了近水平状测区地层情况。

　　5探测成果

　　在ρs拟断面图上，若煤系地层未受采空区或其它地质构造影响，其视电阻率值变化稳定，等值线呈似层状分布，变化平缓；相反，当存在采空区或其它地质构造影响时，其视电阻率等值线发生扭曲、变形。在ρs彩色拟断面图上可直观地分辨出相对高阻或超高阻的采空区。

　　在ρs拟断面图上，对发现的高阻异常区均以蓝色虚线圈出，并统一予以编号，以便于断面图和平面图的对照分析。各ρs拟断面图均采用相同颜色分级标出，不含水采空区用深红色表示。

　　瞬变电磁B1线视电阻率拟断面图如图1所示。在断面图中存在一处视电阻率高阻异常区，把29～32号测点间存在的高阻异常编号为1号异常，在1号异常部位，视电阻率由40Ω.m增加到52Ω.m，在井下巷道分布图中，在B1线29号点附近有多条巷道穿过，结合已知资料分析推断为巷道在瞬变电磁视电阻率断面图中的反映。

　　通过对图1瞬变电磁法B1、B2、B3线综合分析，可以得出在本测区范围内F11断层的走向情况，这次探测中对F11断层富水性进行了分析，从图1可以得出该断层位置视电阻率值相对偏低，该低阻层带沿断层方向发育，因此推断该断层具有一定的富水性，故建议矿方在距离该断层较近时要提前做好预防措施。

　　6结论

　　（1）本次物探所取得的成果与钻孔资料和井下掘进收集到的地质资料揭露的地质情况吻合性较好。通过瞬变电磁法在内蒙地区浅部富水区探测的应用，充分确定该方法是煤矿水文地质调查的有效手段之一，对煤矿开采的设计及安全生产具有重要意义。

　　（2）建议大水煤田采用合理有效的地球物理手段查清矿区复杂的水文地质情况，以便及时采取防治措施，避免突发漏水造成的巨大经济损失。

　　参考文献

　　[1]曹冰河.瞬变电磁法成果资料快捷解释方法.物探与化探，2004，28（3），136-138.

　　[2]李貅，郭文波，李毓茂.瞬变电磁法在煤田矿井涌水通道勘察中的应用，西安工程学院学报，2000，9.

　　[3]牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙：中南工业大学出版社，1992.