瞬变电磁法在断层富导水性探测中的应用研究

■韩沙沙 史伟杰 郭凯

（中煤地质工程总公司上海分公司上海200135）

瞬变电磁法在断层富导水性探测中的应用研究

■韩沙沙 史伟杰 郭凯

（中煤地质工程总公司上海分公司上海200135）

富导水断层的存在，使煤层和上下含水层形成了水力联系，严重影响着煤矿的生产安全。瞬变电磁法是近年来被广泛应用于煤矿水文地质勘查的勘探技术，越来越多地被应用于煤矿水害及富水断层的勘查。本文分析并总结了富导水断层在视电阻率剖面图上的异常反应特征，再以研究区内几条不同类型的断层为例，证明依据视电阻率异常特征推断的断层富导水性较可靠。

瞬变电磁法断层富导水性视电阻率剖面图

0　引言

现阶段，应用较广也较可靠的探测断层的物探方法主要有三维地震和瞬变电磁法。三维地震对断层的平面位置、倾角和落差判断较准确，但无法判断断层的富导水情况。而瞬变电磁法因其对低阻体反应灵敏的特性，在探测富导水断层的位置和富导水性上取得了良好的应用效果［1］。

本文结合黑龙江省鸡西市某煤矿断层富导水性探测成果，重点研究了瞬变电磁法在断层富导水性探测中的应用，总结了富导水断层在视电阻率剖面图中的异常反应特征。

1　瞬变电磁法

瞬变电磁法是一种时间域电磁法，它以地下岩矿石的导电性导磁性差异为应用前提，根据电磁感应原理观测，研究电磁场在时间和空间上的分布规律，以寻找地下良导性矿体或解决有关地质问题的一种地球物理勘查方法［2］。

2　研究区地质概况

研究区位于黑龙江省鸡西市，地面标高+190m～+300m。主要地层从老到新有：元古界麻山群、中生界白垩系城子河组和穆棱组、中生界东山组和猴石沟组以及新生界第四系。研究区断层多以高角度正断层出现，未知的断层富导水情况对采煤工作、采掘工程设计造成很大的影响。

3　富、导水断层的视电阻率异常特征

地层的错断，造成了同一地层的不连续，表现在视电阻率剖面图上为横向上的视电阻率等值线不连续、在断层位置等值线扭曲严重、在断层两侧同一等值线存在一定落差等特征，这是判断断层断点的理论基础。

对于上下地层岩性差异大且落差较大的断层，由于层位错断，不同电性层相互衔接，表现在视电阻率剖面图上的特征为断层所在的位置视电阻率等值线扭曲，上下层电性差异越明显，落差越大则越明显。而对于富水断层，断层位置处的视电阻率值会明显小于周围不富水地层，反映在剖面图上的特征为断层位置及其附近区域视电阻率值较低，视电阻率等值线顺着断层倾向向低值扭曲。

根据一般地质规律，断层形成地质时间越新，胶结状况越差，断层导水性越好；张性断层的导水性要好于扭性断层，好于压性断层；断层两盘为脆性岩石导水性好于塑性岩石；断层带填充物越疏松导水性越好。所以对于导水断层，断层带填充物一般较为疏松，胶结差，如果不富水，断层位置的电阻率值将略高于围岩，如果富水，将形成导水通道，其电阻率值将明显低于围岩。

在导水断层位置，如果断层上端地层富水，则水会顺着断层下流，使断层位置形成上下连通的低阻通道。如果断层下端地层孔隙度较大，还会形成一定规模的富水区。同理，如果下层地层富水，受水压作用，下层地层中的水会通过导水断层补给上层地层。瞬变电磁法对于断层导水性的判断主要取决于其是否形成了导水通道，是否对相邻两个连续的富水区域形成了阻断。如果断层位置及其周围地层均不富水，即便断层是导水断层，也会产生“无水可导”的现象，在剖面上断层将与围岩的视电阻率特征相近，也就无法判断其是否形成了导水通道，是否阻断了两侧地层的水力联系，所以对于不富水断层，瞬变电磁法无法判断其导水性。对于富水且导水断层，导水断层往往成为了“储水容器”，其视电阻率值将明显低于围岩，低阻异常区以断层为中心向四周扩展，并顺着断层倾向向深层延伸。对于富水却不导水断层，断层整体位于富水区，但由于断层带胶结好，阻水性能好，阻隔了两侧富水区的水力联系，而断层带本身孔隙度小，富水性差，其视电阻率值反而较围岩高。

4　实例分析

4.1富水且导水断层

图1为J2线视电阻率剖面图，图中包含F7、F10和F11三条断层。

F10断层为正断层，落差45m～75m。图中F10断层整体位于低阻异常区内，且低阻异常区以断层为中心向四周扩展，表明F10断层富水性较强。F10断层位置视电阻率低值等值线顺着断层方向向深层延伸，上层富水区的水顺着断层向下导通，使上层富水区与下层地层形成了水力联系，表明F10断层为导水断层。据矿方井下掘进资料，F10断层两盘伴生节理发育，有长淋水带，为富水断层，并可能为导水断层，与推断相符。

4.2富水却不导水断层

F7断层为正断层，落差30m～40m。图3中F7断层位置视电阻率等值线扭曲严重，相比围岩其呈现相对高阻。而断层两侧则表现为低阻异常，表明两侧围岩富水性较强，富水围岩将断层整体包围于富水区内。因不导水断层的填充物较为致密，胶结好，富水性差，断层位置的视电阻率值反而较高。推断该断层为富水断层。

图中，由于9煤到穆棱组底界之间穆棱组含水层的存在，我们还可清晰辨明F7断层错断了穆棱组含水层，阻隔了两侧含水层的水力联系。而在断层上盘位置，富水区面积较下盘位置大，且向深层延伸。根据断层的一般地质规律，断层上盘较下盘旁侧裂隙发育、岩层破碎程度高，恰恰因断层的阻隔作用，断层两侧的水无法相互流动，断层下盘位置反而成为了“储水场所”。

综合分析，认为F7断层为富水但不导水断层。

5　结论

本文通过对研究区不同类型断层的实例分析，研究了瞬变电磁

法在探测断层富导水方面的应用，得出以下结论：

（1）采用瞬变电磁法探测断层富、导水性异常特征明显，效果较好。

（2）对于不富水断层，在视电阻率剖面图中，断层位置等值线扭曲严重，层位错断明显，断点清晰可辨，断层落差越大异常越明显，但导水性较难判断。

（3）对于富水且导水断层，在视电阻率剖面图中，断层位置低阻异常明显，低阻异常区以断层为中心向四周扩散并向深层延伸，断层成为导水通道使上下层地层存在水力联系。

（4）对于富水但不导水断层，在视电阻率剖面图中，断层围岩低阻特征明显，断层整体位于富水区内，但断层位置处视电阻率往往呈现相对高阻，断层阻隔了两侧地层的水力联系。

［1］刘最亮，王鹤宇．大定源瞬变电磁法在含水断层构造探测中的应用 ［J］，煤田地质与勘探，2012，40：67-70

［2］牛之琏编著.时间域电磁法原理 ［M］.长沙：中南大学出版社，2007；1-6.

［3］韩沙沙，郭凯．黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鸡西分公司某煤矿水文地质补充勘探地面物探报告

P632［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-301-2

韩沙沙（1989～），男，2012年毕业于山东科技大学地球物理学专业，本科，助理工程师，研究方向为电法方面的地质勘探。