1 项目概况
    内蒙古某煤矿的14101工作面北部的F11断层为正断层，落差40-187m，∠49°～70°，走向东西，倾向北。该断层的上盘为大磨拐河组上部含煤段10、11号煤层，下盘为大磨拐河组上部含煤段14、15号煤层，断层带的岩性为破碎的细砂岩岩块，并带有少量擦痕，断层带充填物主要为泥岩、粉砂岩及细砂岩岩块，半胶结状态，断层带本身含水较少，但比较集中呈带状，可以疏干。但当断层沟通上、下两个含水层时会水文条件趋于复杂，断层水不可忽视。为了合理留设断层防水煤柱，节约资源，以及有针对性制定防治水措施，采用高密度电阻率法和瞬变电磁法综合物探进一步查明F11断层相对14101工作面的延展边界，评价断层富水性。
2 地质及地球物理条件
2.1 地质概况
2.1.1 构造
    根据以往的地质物探资料，煤田为一个呈北东向的向斜盆地构造，地层倾角不大，断裂构造较发育，断层多呈北东向展布，均为正断层。本区地层倾角平缓，一般在3-5°，最大9°。在走向和倾向上均有一定的缓波状起伏。
2.1.2 煤层
    本区煤层赋存在白垩系下统的大磨拐河组含煤地层中。大磨拐河组含煤地层中发育18个煤层，依次编号为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、24、25、25上、26、27煤层，其中全区大部发育大部可采煤层2层(24、25煤层)，大部发育局部可采煤层5层(16、21、22、23、27煤层)，局部发育大部可采煤层2层(14、15煤层)，不可采煤层9层(10、11、12、13、17、18、19、25上、26煤层)。
2.1.3 F11断层
    拟设计开拓的14101工作面位于一采区东北部，西面为一采区轨道大巷保护煤柱，南面为14102工作面，北面为F11断层，东面为未开采区。地表东部为农田地，西部为沼泽和次生林。
    F11断层为正断层，落差40-187m，∠49°～70°，走向东西，倾向北。该断层的上盘为大磨拐河组上部含煤段10、11号煤层，下盘为大磨拐河组上部含煤段14、15号煤层，断层带的岩性为破碎的细砂岩岩块，并带有少量擦痕。水1号孔对该断层进行了专门抽水试验，通过断层抽水试验，该断层含水较弱，单位涌水量0.030L/sm，渗透系数0.187m/d，水质类型为HCO3-NaCa型水，矿化度1.356g/L。
2.2 地球物理条件与方法选择
2.2.1 地球物理条件分析
    从本区地质资料可见，覆盖层主要为腐植土、灰黄色粘土以及洪积、冲积、坡积的沙砾石组成，厚度为二到数十米。在拟定的工区位置，覆盖层平均厚度十几米，即基岩界面埋深浅，为浅层物探提供有利条件。在物性特征方面含饱水腐植土和砂砾层应表现为低阻低速特征，低含水的砂砾层阻值偏高。砂砾永冻层应表现为高阻。煤系地层的物性较复杂，与地层的矿物和含水性均有联系。
    F11断层的发育破坏了地层物性横向连续性，在断层面及断层带内将形成速度与电阻率的横向不连续间断点，可作为对比和识别断层标志；另外，由地质资料知F11断层带充填有破碎的细砂岩岩块，结情况较好，含水性弱，断层应表现为高阻和低速特征。
    因此，由以上分析可知，较浅的覆盖层厚度以及断层带两盘的物性差异，为本次利用高密度电阻率法和瞬变电磁法综合物探确定断层的边界和富水性评价提供较好的物性前提条件。 3 探测方法原理
3.1 高密度电法原理
    高密度电法是以岩土体的电性差异为基础，以研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律。它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的勘探方法，高密度电法集中了常规剖面法和电测深法两者的特点，不仅可以观测地下一定深度范围内横向电性变化情况，同时还可以观测垂向电性的变化特征。 
    高密度电法在野外工作时，将多电极按一定的间隔布置，观测过程中电极按一定规律组合，一次布置电极可实现不同的观测装置。
3.2 瞬变电磁法基本原理
    瞬变电磁法，即Transient Electromagnetic Method(简称TEM)，是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，以激励地层介质感生电磁场，在一次脉冲场间歇期间利用同一回线或电偶极接收感应电磁场。其物理基础是电磁感应原理，据此理论在电导率和磁导率均匀的大地上，铺设输入阶跃电流的回线，当发送回线中电流突然断开时，在下半空间就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流前存在的磁场，此瞬间的电流集中在回线附近的地表，并按指数规律衰减。     在发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应电磁场(或称响应场)。地层介质被激励所感应的二次涡流场强弱决定于地层介质所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少，二次场的大小与地下介质的电性有关：低阻地质体感应二次场衰减较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减较快，二次场电压较小。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，由于瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势(纯异常响应)，对二次电位进行归一化处理后。根据归一化二次电位值的变化特征，可间接地探测各种地质构造问题。因此，瞬变电磁作为一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法，是根据地质构造本身存在的物性差异来间接判断有关地质现象的一种有效的地质勘探手段
4 施工设计方案
4.1 测网布置
    根据项目地质任务和14101工作面前期设计布置，经过与矿方讨论确定了本次勘查工区主要沿F11断层走向布置，测线方向垂直于F11断层走向和14101顺槽走向，方位北偏西12.53°，共布置2个工区，1#工区位于轨道顺槽起点附近，2#工区位于顺槽结束位置。     1#工区东西长700m，南北长428m，工区15条测线，每条线测点数108个，测点距4m，方位北偏西12.53°，测线距离50m，编号为L1～L15，测点命名：XXX/L，如006/4，代表L4线006测点。     2#工区东西长300m，南北长428m。测线数7条，编号为L16～L22，每条线测点数108个，测点距4m，方位北偏西12.53°。 4.2 测量仪器
    采用本矿的坐标基准点，利用RTK或全站仪放线和放点。
4.3 测量顺序
    先确定每条测线的起点和终点。再利用皮尺和测绳辅助布测线上的点。每个测点提供XYZ坐标。
4.4 测点标志
    每个测点埋桩(木桩)，用记号笔标明点号和线号(例：001/1)，并用红色喷漆标志，并绑上红色布条或塑料袋(代里塞上纸片)，方便查找。
4.5 测量记录
    形成测量记录表，每条测线分开记录，包括坐标，测线所经过的地形起伏，植被、测线通视等描述信息。
5 数据采集
5.1 影响因素
    1#工区的现场施工条件很复杂。工区内存在草地、白桦树林、灌木丛以及干枯的水沟，行走较为困难，15条测线全部都从这些地方穿过。工区地表草皮很厚，草皮下是一层腐殖土，由于白桦树林以及灌木林阻挡视线，在放线时测线不完全是一条直线。1#工区地势平坦，没有较大的起伏，有两条沟穿过测线，第一条沟较宽，从2号线开始，以近与测线90°的方向在测线的起点部分穿过2～15号测线，第二条沟较窄，但有近1m的深度，是一条干枯的河床，同样以近90°的方向在测线的中部穿过所有的测线。
    2#工区的现场施工条件与1#工区相比较好，工区内地面草皮较浅，大部分面积都是树林，树木较大，遮挡较少，地势平坦，没有较大的起伏，视线开阔，很容易控制方向。
5.2 测量工作
    测量工作在探测开始前3天进行，由矿方协助完成，根据指定的工区坐标，采用矿方自备的RTK设备完成测网布置。每个测点以桩、喷漆作为标志。测量精度满足本次工作需要。
5.3 数据采集参数
    本次电法勘探采用高密度电阻率法，一次性布极，仪器自动跑极。选用的装置是温纳装置(α)，电极距为4m，电极个数为108，每条线采集35层剖面数据。
    本次瞬变电磁数据采集采用的仪器是加强型YCS512型瞬变电磁仪。
    1)、发射电流：10A
    2)、发射电压：48V
    3)、线圈面积\匝数：4*4\8*16
    4)、发射频率：6.25Hz
    瞬变电磁数据采集时，每条测线共布置101个测点，测点间距为4m。
6 数据处理与解释
6.1 数据处理
    数据处理是物探的重要环节，目的是将野外数据计算转换成反映岩土体信息的物性参数。本次所采用的2种物探方法由于方法的差异，有不同的处理流程和关键参数。
6.1.1 电法资料处理
    本次电法数据处理在RES2DInv软件平台上进行，并选用了Surfer8.0和AutoCAD软件进行辅助成图。电法数据处理流程：数据解编、电极坐标、畸变值删除、视电阻率计算、地形转换、反演计算、剖面成图、切片成图。
    本次地面测线的直流高密度电阻率法处理成果包括：L1～L22测线的剖面图、1#和2#工区的不同深度切片图。
6.1.2 瞬变电磁数据处理
    瞬变电磁原始数据是测线下方地质体的二次场感觉电动势数据，需要处理成电磁法的视电阻率数据，具体处理流程见。本次瞬变电磁处理的平台为华虹智能科技股份有限公司编制的YCS512处理软件。
    数据导入→观测系统→数据去噪→一致校正→晚期(全区)视电阻率计算→结果成图
    本次瞬变电磁超前探测的成果图为各条测线下方的视电阻率剖面和水平切片。
6.2 资料解释
    结合本项目勘查目的，在充分分析地质资料基础上，根据高密度电阻率法和瞬变电磁物探成果图的特点，确定以高密度电阻率法资料分析F11断层在14101工作面的边界，利用高密度电阻率法和瞬变电磁的资料分析F11的富水性。
6.2.1 电法资料解释
1)电法解释原则
    本次电法勘查获得了2个工区，共22条测线下方土-岩-煤体的视电阻率。浅部为腐植土，在厚度较厚且充水条件下为低电阻率特征；下伏的冲积和洪积砂砾层及永冻层均表现高电阻率特点；在Q地层以下的煤系地层中，煤层阻值高，泥岩砂岩相对较低，但在岩层中赋水性较强时，地下水将显著降低岩体总体电阻率值。煤系地层中发育的断层，切割了地层，以及断层带内的充填、胶结物，使得电阻率横向不连续，在沿断层走向形成电阻梯度变化条带。
    因此，可根据电阻率的横向高低梯度条带异常来划分断层的走向延展。在同一含水地层中，利用低阻区来圈定相对富水区。
2)电阻率水平切片解释
    本次电法勘查共获得1#区和2#工区自浅向深不同深度电阻率切片。各深度切片的电阻率切片具有相较好相似性，并向深部逐渐变化。1#工区内14煤起伏较缓，埋深在28m～40m，因此选取H=24m和H=32m水平电阻率切片作为层位标准切片，对14煤层的构造发育进行分析解释；2#工区煤层埋深约100m，但深部电法切片控制面积较小，为了横向一致性对比，仍取24m和32m进行划分，并根据F11断层倾角下推至14煤层所在深度。