井田地质勘探技术手段相关研究

■许鹏　聂天

（中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队　山西　太原　030031）

井田地质勘探技术手段相关研究

■许鹏聂天

（中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队山西太原030031）

根据矿井地质条件、物理特征等，合理选择综合物探技术，通过实例分析，从而证明瞬变电磁和地震两种相结合的物探方法在井田地质勘探中的有效性。

综合物探技术地质勘探应用

1　引言

探明矿井地质条件是迫切需要解决的问题，但长期以来井田地质勘探主要采用钻探的方法较多，由于施工探测钻孔难度大、成本高，所获取数据、资料在精度上不同程度地受到施工人员技术、经验水平等方面的制约。因此，特别需要采用更加先进科学的综合探测技术与方法来解决。

2　物探原理和特点

2.1瞬变电磁法探测原理和特点

瞬变电磁法，又称为时间域电磁法(TEM)。其通过不接地回线或接地长导线供以双极性脉冲电流，当回线中的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论，发射回线中电流突然变化必将在其周围产生磁场．TEM具有受体积效应影响小、纵横向分辨率高、探测深度大、发现异常能力强、受地形影响小、施工方便、快捷、效率高等优点。但当地面测点上方有高压线、测点周围有大的金属结构或测区地下有综采设备等大型金属用电设备时，测量数据会受到较大干扰，不利于解释。

2.2地震法探测原理和特点

地震法具有分辨率高，勘探深度大，施工速度快，成果直观等特点。但是，采空区上方岩石破碎，地震波要发生散射，使得有效波不能很好地得到，进而影响到探测的准确性。

2.3激发极化法探测原理和特点

在直流电法勘探中，当电极排列向大地供入或切断电流的瞬间，在测量电极之间总能观测到随时间缓慢变化的附加电场，称为激发极化效应。激发极化法最大的优点是对水的反映直观，受地形影响小。理论表明，假若地质体的激发极化特征是均匀的、各向同性的，那么不论其岩性如何，电阻率怎样，也不管地形怎样起伏，测深曲线将为一条直线。

基于以上三种物探方法的特点，本次物探决定采用三种方法的联合，发挥各自的优势，弥补一种方法的不足，提高探测精度。

3　实例分析

3.1勘探区概况

勘探区位于霍西煤田的中西部，隶属于山西焦煤霍州煤电集团的一座资源整合矿井（由原洪洞双昌、鲁生、师村3个地方小煤矿整合而成），井田面积6.4 km2。根据掌握的钻探资料及小窑采掘情况，存在构造格局、含导水情况不详，小窑采空区分布及采空区积水范围不明等突出问题，对矿井初步设计造成很大的困难，对矿井的安全生产造成极大的隐患。

3.2勘探区地形地质条件

勘探区大部分为第四系黄土覆盖，厚度一般40-140米左右，潜水位深度一般大于180m；此外沟谷纵横、陡坎发育，地形高差较大（最大可达100米）。勘探区发育的地层有：奥陶系中统峰峰组(O2f)，石炭系中统本溪组（C2b），上统太原组（C3t），二叠系下统山西组（P1s），下石盒子组（P1x），上统上石盒子组（P2s），第四系中上更新统（Q2+3）；主要含煤地层为石炭系上统太原组(C3t)的9+10#和11#煤层和二叠系下统山西组 (P1s)的2#煤层（已采空），2#煤下距9+10#煤层90-108m，平均101m，9+10#煤层煤埋藏变化较大，范围从20m-450m，下距11#煤层8-13m，平均10m，11#煤层下距奥陶灰岩顶面22-28m，平均25m。勘探区主要构造形迹以正断层为主，伴生有背斜构造。根据钻孔资料及出露情况，本区主要为一背斜形态。通过历次勘查在区内共发现7条断层，各煤矿井下揭露大小断层3条，均为走向北东的正断层。褶曲因受断层影响，轴向与断层相似。

3.3资料处理与解释

（1）异常解释方法。本区第一阶段瞬变电磁法以单测线多测道电压剖面图和视电阻率拟断面图为主，同时考虑了实际地质情况及各种干扰因素进行综合分析解释。第二阶段以单测线多测道电压剖面图、视电阻率拟断面图和视电阻率平面等值线图为主，同时考虑了实际地质情况及各种干扰因素，结合直流激电测深进行综合分析解释。瞬变电磁多测道电压剖面图低值响应部分为高阻层，高值响应部分为低阻层，不但能反映各测点垂直方向电性变化情况，而且还能反映不同深度沿水平方向电性变化情况。瞬变电磁视电阻率拟断面图能比较详细和清楚地反映地下构造特征和各种地质现象，正常的沉积地层等值线基本呈水平层状分布，当有异常体存在时，等值线将发生畸变，呈现各种形态的变化。瞬变电磁视电阻率平面等值线图能形象直观地反映地下岩层、构造等的整体特征以及能反映区内煤层的采空与含水情况。当存在诸如采空区、陷落柱、断层等地质构造时，不同高程的视电阻率等值线将发生畸变，研究视电阻率等值线在不同高程和同一高程水平方向上的变化特征，即可确定异常体的形态、埋深和赋存状态等。直流激电测深法采用人工和微机相互结合的解释方法，结合对比孔旁测深曲线及已知参数点资料，对曲线进行认真细致的分层定性定量解释，为瞬变电磁提供解释参数，以提高资料解释的精度。

（2）异常特征概述。根据测区煤层的埋深情况，纵向对比各测线的视电阻率拟断面图，浅层表现为高阻且视电阻率等值线变化梯度较大，应为电阻率较高的第四系黄土层；下层视电阻率等值线变化梯度比上层小，为电阻率较低的煤系地层；深层高阻区视电阻率等值线变化梯度比上一层大，为奥陶系峰峰组灰岩，这与测区钻孔的测井资料所反映的地层电性特征相似，如图3 TEM视电阻率拟断面图。

（3）干扰异常解释。本测区构成对瞬变电磁法的干扰因素主要是测区中各村庄和煤矿供电电线、地表房屋以及铁磁干扰等，其中在高压线附近一百多米以内形成了不可抗拒的干扰源，采集数据时在高压线附近增加了数据叠加次数，局部区段取得了一定的抗干扰效果，但收效甚微。

（4）技术成果。基本查明了2#、9#+10#、11#煤层的采空与赋水情况。其中，2#煤层已大面积采空，且部分采空区含水或受断裂破碎带影响局部赋水，存在5处含水量较大的富水区和6处含水量不大的赋水区；9#+10#、11#煤层整体赋存较完整，仅局部位置出现采空，但局部地层受断层影响存在3处含水量较大的富水区和6处含水量不大的赋水区。同时，解释了2处2#煤层煤层变薄区。

4　结论

本次勘探进一步查明了该区域的地质条件，尤其是几条落差较大断层的确定，为采掘设计、工程施工和安全生产提供了可靠的地质依据。虽然地面物探技术存在难以避免的多解性问题，但选取多种不同原理的物探方法，互补各自的不足，方可获得较为理想的数据。本文成果充分说明这三种方法是比较合理的技术组合，可以在井田地质勘探中大范围推广应用。

[1]中华人民共和国煤炭行业标准《煤炭煤层气地震勘探规范》 （MT/T897-2000）、《地面瞬变电磁法技术规程》 （DZ/T 0187-1997）、《煤炭电法勘探规范》 （MT/T 898-2000）。

[2]卫金善，等.综合勘探方法在成庄矿井地质构造探测中的应用 [J]，中国煤田地质，2002。14(4).

P624[文献码]B

1000-405X（2016）-9-122-1