瞬变电磁法和直流电法在矿井水害防治中的应用研究

（四川省煤田地质工程勘察设计研究院，四川 成都 610031）

1 目的任务

本次工作的勘探目的是：在21111工作面巷道顶板应用直流电法，查明巷道顶板以上70m区域内，地层的富水情况；在21111工作面地面采用瞬变电磁法探测地下300m区域内地层的富水情况。

2 工区地质情况

地层：根据钻孔揭露及地质填图资料，工区地层主要有侏罗系地层，主要岩性为砂岩、泥岩、矿层；古近系地层，主要岩性为砂岩、泥岩；第四系主要是坡积残积物（Q3），冲积偶含砾砂土。

构造：工区位于界梁子-尖山子背斜的一翼，较平缓的褶曲褶皱，地层倾角一般6°～9°，无断裂带。

3 工区地球物理特征

工区的电性模型如下，21矿层顶板上部40m～45m为一隔水层，主要是侏罗系地层的砂质矿物及泥质矿物，视电阻率值为5Ω·m～20Ω·m；紧接着上部是110m～120m的含水层，其水位线在标高805m，主要是古近系地层，视电阻率值为15Ω·m～25Ω·m；最上部是第四系覆盖层，主要是坡积残积物（Q3），冲积偶含砾砂土，其视电阻率值为30Ω·m～50Ω·m。可见，隔水层的视电阻率值要比含水层的视电阻率值低，那因为隔水层的泥质矿物和砂质矿物处于饱和水状态，砂质矿物含水层电阻率值要比不含水的砂岩电阻率低。

4 工程布置

瞬变电磁L13与21111工作面下顺槽矿井直流电法测线重合，瞬变电磁L1与21111工作面上顺槽矿井直流电法测线重合。瞬变电磁测线由L1-L13均匀的布置在21111工作面内，点号由南西方向往北东方向逐渐变大，线号由南东方向往北西方向逐渐变大。

5 瞬变电磁资料分析

（1）L1线视电阻率测深剖面分析

标高在21号矿层线至地表，等值线大致呈层状分布，剖面成层性很好，整体大致可以分成4层，从上到下依次为中高阻层、中阻层、中等低阻层、低阻层。在805水位线以下的地层，其视电阻率值基本比水位线以上的视电阻率值要低，这一层为砂岩含水层，物探分界线很明显；805水位线以上为不含水的砂岩和覆盖层，其视电阻率最高；从侏罗系与古近系的分界线至805水位线，这一层为含水的砂岩层。21矿层线与侏罗系与古近系的分界线之间，为砂岩、泥岩隔水层，其视电阻率值最低，处于饱和水状态，但导水性很弱。

从横向上看，剖面视电阻率值变化稳定，变化较为平缓，局部有等值线陡变，电阻率值变大的现象。在侏罗系地层中，点号0～480、点号480～1120、点号1440～1520之间，为低阻异常带（蓝色线圈）；点号1120～1440、点号1520～2040之间为中等低阻带（绿色线圈）；在古近系地层中，点号0～240、标高790～840之间，点号1280～1520、标高760～780之间，为富水区（粉色线圈）；点号240～920、标高780～820之间，点号920～1060、标高780～840之间，点号1180～1220、标高750～820之间，点号1620～1900、标高750～790之间，点号1960～2040、标高750～780之间，为中等富水区（红色线圈）；点号0～320、标高840～870之间，点号240～960、标高830～850之间，点号1060～1180、标高750～820之间，点号1200～2040、标高800～830之间，点号1540～1620、标高750～780之间，为弱富水区（蓝色线圈）。在第四系地层中，整体电阻率较高，为中高阻区。

（2）顺层切片图资料分析

如图1所示，21号矿层顶板+45m切片图处于古近系含水层，805水位线以下，其富水区主要分布测区中部，主要范围是L1～L13测线的400～960号点、1040～1560号点；中等富水区主要分布在测区北部、南部，主要范围是L1～L13测线的0～640号点、840～1040号点、1560～2040号点；弱富水区主要集中在中部和北部，主要范围是L1～L8的1240～1480号点、L9～L13的1760～2040号点。

图1 距21号矿层顶板45m的顺层视电阻率切片图

结合6个地面直通放水钻孔DF17、DF18、DF19、DF20、DF23、DF27的情况分析：DF23、DF27的现放水量相对较大，与物探划分的低阻异常区相对应；DF18的现放水量相对较低，与物探划分的中等低阻异常区相对应。

6 矿井直流电法资料分析

从纵向上看，等值线大致呈层状分布，整体大致可以分成2层，从上到下依次为中等低阻层、低阻层，其中低阻层与中低阻层的界线与地质界线几乎吻合，说明该剖面视电阻率等值线及数值很好的反映了地层情况。从横向上看，剖面视电阻率值变化稳定，变化较为平缓，局部有等值线陡变，电阻率值变大的现象。在侏罗系地层中，点号0m～1800m、标高720m～780m，为低阻层，解释为低阻异常区；在古近系地层中，点号780m～880m、标高790m～810m之间等区域，解释为富水区；点号900m～1040m、标高760～820之间等区域，解释为弱富水区。

7 21111工作面上、下顺槽与L1、L13瞬变电磁测线的资料对比

①直流电法、瞬变电磁的视电阻率剖面的低阻层、中等低阻层相互对应，说明两种方法的成果资料统一性较高，一致性较好；②直流电法视电阻率剖面局部的信息更为细致，能反映出范围较小的低阻体；③瞬变电磁视电阻率剖面整体性较好，能反映出工区纵向上的地层结构。④从视电阻率等值线图看，可基本反映地质形态，与实际揭露地质形态相吻合。

8 结论

通过上述勘查工作的实例，说明了瞬变电磁法和矿井直流电法可以在矿层周围一定安全深度范围内查明积水区的分布情况，在防治水方面取得好的物探成果，帮助矿企在防治水工作中提前预防危险。同时也分析了瞬变电磁法和矿井直流电法在分析解释资料时，他们的一致性和差异性，两种方法的优劣性。