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山西介休某煤矿地面瞬变电磁法勘探成果报告

1 工程概况
山西介休某煤矿(以下简称“矿方”)为了查明井田北部指定范围内积水区位置及范围，提高煤矿安全水平，委托福州华虹智能科技股份有限公司(以下简称“我公司”)对指定范围采用瞬变电磁法进行积水区范围的探测。
1.1 地质任务
本次勘查的任务目的：
1、利用地面瞬变电磁法，查明勘探区内1#煤层积水区位置及范围；
2、利用地面瞬变电磁法，查明勘探区内9+10#煤层积水区位置及范围。
1.2 勘探区范围
勘探区位于煤矿井田北部，由7个拐点圈定，有效控制面积1.0k㎡。

图1-2-1 勘探区范围示意图(实线圈为圈定范围)

2 地质概况及地球物理特征
2.1 地质概况
井田地表大面积被第四系黄土覆盖，基岩少面积出露，将井田内地层由老至新分述如下：奥陶系中统峰峰组(O2f)、石炭系中统本溪组(C2b)、石炭系上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1s)、二叠系下统下石盒子组(P1x)、二叠系上统上石盒子组(P1s)、第四系中、上更新统(Q2+3)。
2.2 地球物理特征
不同岩层具有不同的导电性，一般泥岩、粉砂岩、中粗砂岩其电阻率值依次增高。煤系地层有层状分布特点，煤层赋存于成层分布的煤系地层中，在横向上导电性相对均一，纵向上视电阻率的变化规律基本一致，煤层被开采后形成采空区，破坏了原有的应力平衡状态。当开采面积较小且煤层顶板为塑型岩石并保存完整，由于残留煤柱较多，压力转移到煤柱上，未引起地层塌落、变形，采空区以充水或不充水的空洞形式保存下来；但多数采空区在重力和地层应力作用下，顶板塌落，形成冒落带、裂隙带和弯曲带。这些地质因素的变化，使得采空区及其上部地层的地球物理特征发生了显著变化。
3 工作方法及测网布置
3.1 方法原理及仪器设备
瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method，简称TEM)是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，来解决有关地质问题的时间域电磁法。
本次试验及施工仪器均采用美国ZONGE公司研发的GDP-32II电法工作站，信号发射采用美国ZONGE公司为该工作站配套的ZT-30。发射机通过高精度石英钟XMT-32控制发射频率并与接收机实现同步。
3.2 试验工作
为了解勘探区的地电条件、施工条件和干扰背景等，以便选择最佳工作参数，正式开工前进行了野外试验工作。
一、试验内容
本次物探主要试验内容为：仪器稳定性、线框大小、发射频率、采样延时、供电电流、叠加次数、高压线试验、参数有效性试验。

图3-3-1 不同参数时间电压曲线对比图

图3-3-2 不同距离高压线下时间电压曲线对比图

图3-3-3 线试验拟视电阻率等值线断面图

二、试验结论
通过上述试验，遵循单一因素变化原则，圆满完成了试验工作量和试验任务，并达到了预期试验目的，结合设计要求得到如下结论：发射线框540m×540m、发射频率16Hz、发射电流9A、采样延时350μs、叠加次数256次。
3.3 测网布置
一、观测系统设计原则及测网布置
本次瞬变电磁法测网布置按照40m×20m进行布置。测线、测点以“由西向东、由南向北”的顺序统一布署，测线号从南到北由小到大编设，测点号从西到东由小到大编设，线距40米，点距20米。本次地面瞬变电磁法勘探面积1.0k㎡。设计瞬变电磁测线33条，坐标点1370个，检查点45个，试验点21个，总计物理点1436个。

图3-3-1 瞬变电磁实际材料图

4 资料处理与解释
4.1 资料处理
瞬变电磁资料处理的过程中，我们在详细分析原始资料特点的基础上，本着“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原则对野外资料进行精细处理。
野外采集的数据处理前，首先对其逐点进行整理或预处理，即检查数据质量，剔除不合格数据，并对其进行编录，整理成专用数据处理软件所需要的顺序和格式，再对数据进行滤波，以滤除或压制干扰信号，恢复信号的变化规律，突出地质信息，再利用专用软件进行时深转换得到ρτ(t)(视电阻率)和Hτ(t)(视深度)等参数，并绘制定性解释图件，在此基础上，根据测量、地质和钻探等资料做必要的地形校正等处理，最后绘制等值线断面及平面图。
4.2 资料解释
资料解释遵循由已知到未知、从点到线、从线到面、从简单到复杂的原则，坚持定性分析—定量计算反复进行的过程，将电性成果转化为地质成果。资料解释工作中充分利用现有的地质、水文地质、钻孔、采掘等资料，及时分析已知资料，统计各电性参数，研究视电阻率与积水区的对应关系。
解释中，注意区分由干扰噪声引起的曲线畸变，排除其它良导体造成的假异常，着重分析富水区特性与曲线变化特性之间的内在规律及已知地质资料与电性资料的对应关系，总结出本区总的解释原则，圈定出煤层异常区。
一、典型拟视电阻率断面解释分析
1、3线视电阻率等值线拟断面图分析
图4-2-1为3线视电阻率等值线拟断面图，该断面位于勘探区北部。从纵向上看：从浅到深其视电阻率值基本呈现由中高～低～中高～高的电性特征，图中表浅层表现为相对高阻的特征，反映了第四系地层的电性变化；向下视电阻率值逐渐降低，反映了二叠系地层的电性变化；再往下视电阻率升高，反映了煤系地层的电性变化；断面深部表现为高阻特征，为奥陶系地层的电性反映。从横向上看，9#+10#煤层底板等高线附近视电阻率等值线变化较大，在960～1000段视电阻率相对较低，结合地质资料推测为积水异常区。

图4-2-1 3线视电阻率等值线拟断面图

2、9线视电阻率等值线拟断面图分析
图4-2-2为9线视电阻率等值线拟断面图，图中黑色实线分别为1#煤层和9+10#煤层底板等高线。从纵向上看，等值线总体呈层状分布，视电阻率值呈先减小后增大的趋势，与地层岩性变化特征基本一致。从横向上看，视电阻率值变化较大，1#煤层附近在860～940段，视电阻率等值线呈低阻凹陷，结合收集的资料分析，推测该段为以前的小窑破坏引起的积水异常反应。
9+10#煤层底板等高线附近视电阻率等值线变化较大，整体视电阻率偏高，在800～860段呈低阻凹陷，结合地质资料推测为积水异常反应。

图4-2-2 9线视电阻率等值线拟断面图

二、视电阻率等值线切片图分析
1、1#煤层视电阻率等值线切片图分析
图4-2-3为由矿方提供1#煤层底板等高线深度绘制的顺层视电阻率切片图；本区视电阻率范围一般在20-240Ω·m之间，根据试验，结合已知资料将视电阻率值小于40Ω·m作为积水异常区圈定标准；测区内视电阻率趋势变化比较明显，中东部及西北部相对视电阻率较低。中东部的低阻区范围较大，对比采掘资料分析，该区域为以前的小窑破坏区；西北部出现范围较小的相对低阻区域，结合现场资料，该区域有高压线经过，对瞬变电磁数据干扰较大。

图4-2-3 1#煤层视电阻率等值线切片图

2、9+10#煤层视电阻率等值线切片图分析
图4-2-4为由矿方提供10#煤层底板等高线深度绘制的顺层视电阻率切片图；本区视电阻率范围一般在20-280Ω·m之间；根据试验，结合已知资料将视电阻率值小于60Ω·m作为积水异常区圈定标准；测区内视电阻率趋势变化比较明显，整体视电阻率偏高，东部及西部相对视电阻率较低。东部的低阻区，对比地质资料分析，可能与上组煤层小窑破坏有关，局部有积水；西部出现范围较小的相对低阻区域，结合已知资料分析，推测局部可能积水。中部区域整体视电阻率偏高，矿方已知积水区域反应不明显，推测可能受上组煤层采掘影响。

图4-2-4 9+10#煤层视电阻率等值线切片图

5 地质成果
根据以往工作经验及本次工作的试验情况，参考已知地质资料及采掘工程平面图，结合各测线视电阻率断面图，在等值线出现突变、等值线凹陷地段，或者局部出现视电阻率值明显突变等特征，可以推测附近存在积水异常区。
对比视电阻率切片，进一步分析煤层深度和层位区域平面的含水性分布情况，根据区域电性特征和水文地质规律，电性参数等值线平面图上相对低值范围的区域代表地层的相对富含水性特性，电性参数的高值范围表示区域的相对弱水特征，进一步依据不同测线、测点的具体位置划定积水区域的边界。
一、1#煤层成果

表5-1-1 1#煤层成果统计表

图5-1-1 1#煤层成果平面图

根据各测线断面解释成果及切片图分析成果综合圈定的1#煤层成果图(图5-1-1)。共解释1#煤层积水异常区7处，编号分别为JS1～JS7，总面积约59574㎡。其中，JS1积水异常区位于勘探区中东部，面积约38549㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区；JS2积水异常区位于勘探区中东部，面积约625㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区；JS3积水异常区位于勘探区西南部，面积约3785㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区；JS4积水异常区位于勘探区西北部，面积约6471㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区，该异常区离高压线较近，不排除干扰所致；JS5积水异常区位于勘探区北部，面积约2815㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为富水异常区；JS6积水异常区位于勘探区北部，面积约5359㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区，该异常区离高压线较近，不排除干扰所致；JS7积水异常区位于勘探区北部，面积约1970㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区。
二、9+10#煤层综合成果
根据已知资料分析，结合各测线视电阻率等值线拟断面反应，推测9+10#大部分区域未开采，未圈定采空异常区。
根据9+10#煤层视电阻率等值线切片图，结合已知采掘资料，共解释9+10#煤层积水异常区4处(图5-1-2)，编号分别为JS1～JS4，面积约16466 ㎡。JS1积水异常区位于勘探区东南部，面积约9556㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区；JS2积水异常区位于勘探区中部，面积约1101㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区；JS3积水异常区位于勘探区中部，面积约3824 ㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区；JS4积水异常区位于勘探区西部，面积约1985㎡，视电阻率切片图上呈现相对低阻，结合矿方资料推测为积水异常区。

表5-1-2 9+10#煤层成果统计表

图5-1-2 9+10#煤层综合成果平面图

6 结论
本次地面瞬变电磁勘探我公司施工人员克服阴雨天气、高温炎热、植被茂盛、局部地势陡峻、冲沟发育等不利因素的影响，经项目部成员的通力协作，全体施工人员的共同努力，完成了外业数据采集工作。
在施工过程中，我们严格执行《地面磁性源瞬变电磁法技术规程》(DZ/T0187-2016)和《煤炭电法勘探规范》(MT/T898-2000)，野外资料可靠、齐全，各项技术指标符合规范要求，所采集数据准确，资料反映真实较可靠，电性反映规律性强，反映异常较明显，资料解释方法正确，分析详细，成果较可靠。
本次物探工作共完成测线33条，测点1436个。其中生产物理点1370个，试验点21个，检查点45个。甲级点1269个，甲级率为91.90%；乙级点101个，乙级率8.10%。
通过本次电法勘探工作，结合已知地质、水文资料，对本次电法勘探资料进行了综合处理、分析、解释，获得的主要地质成果如下：
本次勘探共解释1#煤层积水异常区7处，编号分别为JS1～JS7，总面积约59574㎡。
本次勘探共解释9+10#煤层积水异常区4处，编号为JS1～JS3，总面积约16466㎡。

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添加日期：2020-12-22 浏览次数：1271