PROTEM67D瞬变电磁仪器在矿井水文地质勘探中的应用效果

摘要：矿井水害是影响煤矿安全生产的一个突出问题，因此，采矿前期一个重要地质任务就是探测采区内构造的分布及地层的含（导）水性。岩层中的孔隙水会使岩层电阻率降低，而PROTEM67D瞬变电磁法对低阻导电层的反映相当灵敏，且探测深度大，工作效率高。本文针对PROTEM67D瞬变电磁仪在矿井水文地质勘查中的应用效果以及应用中的一些相关问题。

关键词：PROTEM67D瞬变电磁仪；矿井；水文地质；勘探

引言

开采深埋在地下的矿床时往往会遇到各种地下水流入采矿坑道，一般性的涌水可能会影响建井和采矿速度，增加生产成本等。而大量地涌水则会造成淹井、摧毁矿山设备、危及矿工生命、甚至造成大量矿产无法开采的局面。为了保证地下矿藏能够正常的开采，需要在矿区进行水文地质勘探，以便了解矿区的水文地质特征和影响矿床充水强度的各种困素。

1 瞬变电磁勘探原理

瞬变电磁是一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法。其基本原理是测量强大的脉冲源所感生的随时间变化的二次场。它利用的是不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，以激励目的物感生二次场。在一次脉冲场间歇期间利用同一回线或电偶极接收感应二次场，该二次场是由地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳定电磁场。它是根据地质结构或地下水本身存在的物性差异来间接判断地质、水文地质现象的，是一种有效的地质勘探手段。

2 实际应用

2.1 断层判析

图1 是H13 线多测道剖面，图中的纵、横坐标分别为二次电位响应值和测点号。由图可以看出36~39 号点附近，出现二次电位双峰异常，曲线呈“V”字型，同时在断层断点位置（在以下断层断点位置都是新生界底部基岩顶部的位置不再注明），出现一高阻异常，这一组合特点为断裂构造的异常反映，根据2 个峰值的大小和高阻异常点，确定断裂构造的倾向。例如37 号点两侧，右侧峰值高于左侧峰值，说明该断层倾向倾向于小号点方向，39 号点位置是新生界底部基岩顶部的断点位置，断层性质为正断层。根据相邻多测道剖面综合分析，同样在H14 线39~40 号点、H15 线40 号点、H16 线41 号点、H17 线42 号点附近多道剖面上可看出，异常特征相似的断层反映，因此，由过H14 线39 号点、H14 线39~40 号点、H15 线40 号点、H16 线41 号点、H17 线42 号点构成一正断层。将该断层定名为F1 断层。过上述分析方法和原则确定断层后，还要结合对各个测点反演的视电阻率测线剖面图，在反演的视电阻率测线剖面图上反映为地层不连续和视电阻率高、低相间的特点。

图1 H13TEM多道剖面图

2.2 陷落柱判析

根据陷落柱的成因及形成的地质条件，陷落柱是指由于埋藏在煤系地层下部的可溶性岩体。塌陷体是杂乱堆积体密度相对围岩较小，致使塌陷体的电阻率与围岩地层电阻率应有明显差异。多道剖面图上陷落柱具有塔状下大上小的特点而没有高阻异常，在测区内有2 个已知陷落柱（开采中确定的）被测量到，与上描述陷落柱反映特征相一致。从图2 可以明显看出，蓝线圈定的4 号点异常反映明显，相对相邻点低阻异常相差近一个数量级，同时周边点相对稳定异常反映成塔状下大上小低阻异常，在相邻点没有高阻异常反映，是典型的陷落柱反映特征，推断为一陷落柱位置。

图2 TEM多道剖面图

2.3 富水性探测

结合钻探勘探资料揭露的煤层底板等高线，将测区内目的层底板深度所对应的反演视电阻率值标在对应的测点上，并绘制成平面图（顺层切片图），图中反映了目的层的构造异常及其视电阻率值的相对大小，富水异常区在顺层切片上表现为电阻率的相对低的异常特征，灰岩裂隙发育富水性越强的地段电阻率值越小。图3 是奥陶系上马家沟组岩溶发育在平面分布图，岩溶发育按强、中、弱3 个级别划分，图中黑色区域表示相对低阻异常区，解释为岩溶强发育区，其视电阻率约在50~150 Ω·m之间。图中灰色区域表示相对低阻异常区，解释为岩溶中发育区，其视电阻率约在150~200 Ω·m之间。浅灰色区域为高阻中的相对低阻异常区，解释为岩溶弱发育区，其视电阻率约在200~260 Ω·m之间。从图上可以看出，岩溶发育区多呈条带状和块状分布，整体看岩溶发育区连通性较好，且岩溶发育区面积比较大，说明测区内奥灰上马家沟组岩溶发育很强，这与该井田水文地质情况符合。从整体上看低阻异常区呈现零星的块状和条带状分布，经与上述断层、陷落柱的解释和地质资料结合，断层、断层附近及陷落柱处多为富水异常区位置，说明了断层附近裂隙相对发育及陷落柱附近地层松散破碎，具有一定的含水性。根据富水区和高阻中相对低阻区面积都相对较大，且呈条带状分布，说明低阻区具有连通性相对较好，奥陶系上马家沟组地层富水性相对较强。验证了勘探区内奥陶系上马家沟组为主要富水岩组。

3 结语

综合所述，PROTEM67D瞬变电磁勘探系统适用于大定源工作装置，在勘探中具有投入少、探测深度大、对低阻反应灵敏、效率高、效果好等优点。虽然是在煤矿采区所做的工作，但是对于我国的固体矿床水文地质勘探却具有普遍意义。可以为矿产资源的综合利用提供有用的勘探资料。

参考文献

刘飞印.瞬变电磁技术在矿井水文地质探测中的应用[J].水力采煤与管道运输，2018(03):121-122.
[2]曹旭东.瞬变电磁法在兼并重组矿井水文地质调查中的应用分析[J].当代化工研究，2019(04):97-98.