综合物探技术在矿山水文地质中的应用

白 一 清

(山西省煤炭地质144勘查院，山西 洪洞 041600)



综合物探技术在矿山水文地质中的应用

白 一 清

(山西省煤炭地质144勘查院，山西 洪洞 041600)

从瞬变电磁法与可控源音频大地电磁测量法两种技术着手，分析了其技术原理，阐述了综合物探技术在矿山水文地质勘探中的应用，其应用效果表明，多种技术相结合的综合物探手段对于明晰矿山水文地质状况，确保井下安全生产有积极意义。

矿山，综合物探技术，水文地质，TEM，CSAMT

0 引言

随着21世纪全球经济的飞速发展，能源供给日趋紧张，这在不断推动煤炭产业飞速发展的同时，也对煤矿安全提出了更高的要求。特别是随着煤炭开采深度的不断增加，井下地质环境日趋复杂，各类透水事故时有发生，为企业造成了严重的经济损失。有鉴于此，积极探索行之有效的综合物探技术，实现井下生产水害的有效防治意义重大。

1 综合物探方法与原理分析

1.1 瞬变电磁法

瞬变电磁法(TEM)，其工作实质上是将未与地线相连的通电回路或接地的导线充当场源，通过刺激探测对象感应生成二次电流，进而借由测定脉冲间隙电磁场变化相应状况来判定地质状况的一种方法。由于二次场的持续时间非常短暂，近乎为瞬时，所以从根本上而言其是一种时间域电磁法。

这种方法的物理基础是电磁感应原理。借助具有导电特性的物质在发生阶跃变化的电磁场中会产生涡流场变化的特性，其作业原理示意图如图1所示。

这种方法相较于其他电磁测量方式，不仅体积效应小、分层能力强、异常相应状态简单，便于数据分析与解读，而且具备良好

的穿透性能，能够实现深部测量与剖面测量的同步开展，为地质状况的判定提供更多的参考资料。此外，瞬变电磁法对于低阻反应十分灵敏，能够清晰的凸显出微弱的电阻率变化，从而对矿区内含水地层的划分提供便利。

瞬变电磁法数据的获得主要借由对观测所得参数ΔV2/I实施自相关滤波处理后，再依照晚期电阻率、视深度及纵向电导等计算公式转变为相应的全期ρτ(t),sτ(t)与Hτ(t)参数，并绘制出与之相对应的ρτ(t),sτ(t)，Hτ(t)平面等值线图与断面等值线图，以充当资料解读的基础性文件。

1.2 可控源音频大地电磁测量法

可控源音频大地电磁测量方法英文简称CSAMT，是指借助一定的发射装置，通过频率不一的交流电源发射不同的电磁波，然后通过对比分析地表所接收到电磁场振幅与相位的变化，实现地质环境的勘测。

依据交流电所具有的集肤效应，不同频率电磁波所具备的穿透性能也各不相同，一般而言在浅部地层广泛分布着各种高频率电磁场，而深部地层中则分布有各种低频率电磁场。所以，通过对不同电磁频率的转换，便能够对深部不一的地层地质状况进行探查。

这种电磁测量手段相较于常规的直流电探测方法具备高分辨力、强穿透性及各向异性小等优势。在具体的使用上，需要先根据勘测区域地质资料，选取适宜的ResSmth参数，然后借由对阻抗相位断面图电性转变与卡尼亚视电阻率改变及底层结构变化的反演研究，进而获得二维反演视电阻率断面图，并以此为依据进行地质解释。

1.3 设备布置

为确保所测得数据在拥有适宜深度的同时具备充足的信噪比，并能够充分规避其他外界干扰的影响，所以选用瞬变电磁法进行测量作业时必须布设大型回线源装置，发射框形状为正方形，边长900 mm，数据通过探头进行接收；可控源音频大地电磁测量法的测量设备属于赤道装置，通过深度测定中的标量测量进行测定，在其水平方向上电场(MN)应与同场源(AB)相平行，水平磁场则同场源进行垂直布设，如图2所示。

2 资料解读

经过测量所获得的各类数据必须经过解读后才能进行实际使用，解读时必须遵守由易到难、由点及面的准则，借由多次的反复对比分析，以确保电磁数据转换为地质数据的真实可靠。除此之外，在进行资料解读作业时，技术人员还应参照矿井现有地质资料(前期探测数据、生产作业所得数据、周边老矿区水文资料等)，同时对资料进行有效的实地校对，确保在其有效性的基础上再进行电性参数的研究，以保证电阻率通电性层间的一一对应。

以瞬变电磁法为例，在进行实测曲线解释时，必须有效区分因噪声干扰而生成的畸变曲线，并剔除其他良导体因此的参数异常，重点针对含水层含水性同曲线衰减规律间关系开展分析。

3 实例分析

3.1 某矿TEM法探测

由图3中h277线断面分析可知，1960，2060，2280，2520，2920，3140号点周边，等值线存在下降的扭曲变化，同地震断层推断区域基本一致。图3中断层周边存在低阻异常的现象，可以推断得出该区域属于断层裂隙带组成的富含水地层。

借由此次地质勘探，参照现有钻孔与地震资料，可知所针对设计区域内石炭系地层与奥陶系地层为富含水异常区域，并对这一区域断层导水特性进行分析，确定了异常区域面积及水害威胁性。

3.2 某矿CSAMT法探测

图4为借助田10钻孔资料针对T163线进行的CSAMT法反演电阻率断面示意图，通过图4分析可知，整个断面自浅部到深部可大体划分为四个较为显著的电性层。

图5为T138线等视电阻率断面示意图，通过分析可知，在奥灰岩地层周边，电性呈现典型的层状分布态势。其中4020点周边区域，等值线发生扭曲与下降，同前期地震勘测推断结果相同。

结合此次勘探结果，并参考以往钻孔探勘资料，可以对奥灰岩区域各等级含水层赋存环境，赋存区域大小及形态特征等进行探明，对断层导水性有了初步了解，从而为如何有效消除局部富水区域对井下生产的安全威胁提供数据指导，有效确保生产的持续、安全开展。

4 结语

合理且科学的综合运用多种不同物探技术并参照已有地质勘测资料，从而对勘测区域内含水层分布状况及赋存形态加以明晰，并明确各层间导水特性，属于一种作用显著且高效的水文地质勘测方法，能够为矿井正常生产作业的高质、高速开展提供有力保障。

[1] 王星明.综合物探技术在勘查矿区水文地质中的应用[J].矿业安全与环保,2007(S1):22-24.

[2] 刘飞虎.综合物探方法在煤矿水文地质中的应用分析[J].煤矿现代化,2013(2):84-85，88.

[3] 刘重举.综合物探技术在矿井生产中的应用[J].河北能源职业技术学院学报,2013(2):61-63.

[4] 李 军,田 明.综合物探在水文地质调查中的应用[J].西部探矿工程,2012(7):150-155.

[5] 武 毅,刘国辉,潘和平,等.综合物探方法预测松散含水层涌水量技术研究[J].工程地球物理学报,2012(5):544-550.

[6] 胡承林.综合物探技术在煤矿采空区的应用研究[D].成都：成都理工大学,2011.

The application of comprehension geophysical prospecting technology in mine hydrology geology

Bai Yiqing

(ShanxiCoalGeologicalNo.144SurveyInstitute,Hongtong041600,China)

From the transient electromagnetic method and controlled source audio electromagnetism measurement method two kinds of technologies, based on the analysis on its technology principle, elaborated the application of comprehension geophysical prospecting technology in mine hydrology geology exploration, its application effect showed that, a variety of technology combined with comprehension geophysical methods had positive significance to clear the mine hydrology geology condition, ensured the coal mine safety production.

mine, comprehension geophysical prospecting technology, hydrology geology, TEM, CSAMT

1009-6825(2016)32-0094-03

2016-09-02

白一清(1980- )，男，助理工程师

P624

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