对干河井田北边界断层产状及导水性的研究

王文军

(霍州煤电集团霍宝干河煤矿)

对干河井田北边界断层产状及导水性的研究

王文军①

(霍州煤电集团霍宝干河煤矿)

以干河井田北边界断层探测工程为例,介绍了地面瞬变电磁法在探查断层位置、产状及含(导)水性方面的应用。依据TEM多测道剖面图曲线反映双峰异常及高阻异常特征组合、等视拟断面图等视变化规律及异常特点等来确定断层的位置、产状及导水性,其地质效果显著,是一种行之有效的地质勘探手段。

瞬变电磁法;双峰异常;低阻异常;断层;产状;位置;导水性;研究

下团柏断层(断距350 m)及其派生的F1断层(断距170 m)为干河井田北边界断层,下团柏断层及F1断层在地表仅局部出露,大部分地段隐伏在第三、四系松散沉积层下,有少量钻孔控制。断层下盘奥灰含水层埋藏浅(100 m),含水丰富。断层上盘(干河井田位于断层上盘)奥灰含水层埋藏深(500 m),上盘煤系地层直接与下盘奥灰含水层对接。断层的平面位置、产状及其含(导)水性直接控制着干河井田的水文地质条件。选用地面瞬变电磁法查明了下团柏断层及F1断层的平面位置、产状及其含(导)水性,取得了较好的效果。

1 瞬变电磁法的原理及断层控制的优势

不同的岩层具有不同的电阻率,电法勘探就是通过测定地下不同地点、不同深度的电阻率的差异来达到寻找目标地质体的目的。瞬变电磁法(TEM)属于时间域电磁感应法,它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场,在一次脉冲场间歇期间利用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电磁场,通过观测随时间变化的二次场信号的变化,就可以判断出地下地层的电性变化及不均匀地质体的分布情况。

勘查区石炭二叠系含煤地层,基底为强富水的奥陶系石灰岩。由于构造运动的影响,煤田内落差较大的断层附近,可采煤层与断层上升盘的奥陶系石灰岩直接接触,致使奥陶系石灰岩的承压水得以通过断层与煤层顶底板含水层产生水力联系。因而,在煤矿生产中,调查落差较大断层的含(导)水性是一项重要的水文地质工作内容。在这方面,瞬变电磁测量(TEM)具有一定优势,它不仅可有效地控制断层的空间位置,而且还能定性地判断断层带的相对富水性,在解决陷落柱、老窑积水等煤矿水害中取得较好的应用效果。同时根据断层的地球物理特征:理论上讲,干燥的岩石的电阻率为无穷大,但实际上岩石孔隙、裂隙总是含水的,并且随着岩石的湿度或者含水饱和度的增加,电阻率急剧下降,即赋水性的不均匀程度在瞬变电磁图件上反映为电阻率的高低变化。当岩层完整时其电阻率较高,受构造运动或地下水作用及陷落柱的影响,使得部分地段岩层破碎或裂隙发育,破碎程度及其含水的饱和度越大(砂岩、灰岩富水性增强),岩石的导电性会显著增强,地层电阻率会明显降低,断面图上会有明显的低阻异常反映。

2 瞬变电磁法的布置及原则

根据地球物理勘探专项设计的要求,勘探区内瞬变电磁勘探要完成工程点1 000个,测网布置成点距20 m线距400～500 m(即网度20 m×400 m)进行控制,本次瞬变电磁测量的断层位置,已用勘探及地面调查方法作了初步控制。通过在勘探区野外实地踏勘,勘探区内有多条“V”字型狭窄冲沟和多条高压线,考虑尽量避开沟坡及高压线影响,测线布控在400～500 m之间。根据初步控制成果,沿断层走向选择进行跨断层布线测量,北边界断层完成测线14条;编号为b1～b14,完成设计控制北边界断层要求。

3 瞬变电磁法对断层的控制

TEM对断层的控制,主要是依据TEM多测道剖面图,利用曲线反映双峰异常及高阻异常特征组合,来确定断层断点位置,利用TEM资料处理程序计算视电阻率,在通过反正演处理获得视深度,由视电阻率及视深度汇成等视拟断面图。在拟断面图上分析等视变化规律及异常特点,过断点连接等视变化点及异常点成直线做为断层的倾向线,在等视拟断面图上将倾向线与水平线的夹角做为该断层的倾角。在确定断层倾向与倾角时要考虑断层带附近富水对曲线的影响因素,因为TEM对地下水的反映异常明显。

在井田北部边界下团柏断层和F1断层的14条控制测线中,不同程度地勘测到了下团柏断层和F1断层,在TEM多道剖面图上有明显的断层反映。

在理想布点情况下,当测点正落在断点上时,V2响应值会有明显的低异常特征,同时两边测点有高异常,形成双峰异常特点,但是在实际测量中,测点布控与断点位置是随机的,所以使得个别断点的双峰异常不尽理想。在分析解释时要注意,同时要注意地质条件和富水情况。下面结合b10测线(井田北部边界下团柏、F1断层)TEM多道剖面见图1,进行分析,下团柏断层的断点在b10测线的33号点位置,从图1可以看出在33号点后有明显的高低起伏的异常反应,下团柏断层的断点特点V2响应值高幅值相对宽和大,在b10测线的24号点是F1断层的断点位置。

图1 TEMb10线多道剖面示意图

下面对测线等视电阻率拟断面图举例解释说明:

TEMb9线等视电阻率拟断面图见图2,从图2可以明显的看出下团柏断层上、下盘等视电阻率曲线有明显的不连续现象,这是断层引起的现象,这也是断层位置。图2中构造线是过TEM多道剖面确定的断点与等视曲线突变位置而连成的。特别是下团柏断层,沿下团柏断层带深部奥灰地层段,低阻异常明显突出,说明下团柏断层在此段充水、导通。F1断层上下盘地层低阻异常不明显,个别层段下盘地层相对有低阻异常反应,更说明F1断层在此剖面上,是以阻水为主。

图2 TEMb9线等视拟断面图

TEMb10线等视电阻率拟断面图见图3,从图3可以明显看出,下团柏断层两盘等视电阻率曲线也有明显的不连续现象,但是下团柏断层带低阻异常与b9线剖面相比相对较弱,说明下团柏断层在此段充、导水都相对弱。同时说明下团柏断层充、导水性是不均一。F1断层上下盘地层低阻异常不明显,个别层段下盘地层也相对有低阻异常反应,也说明F1断层在此剖面上,是以阻水为主。特别是在奥灰峰峰组地层以上段,阻水更明显。

图3 TEMb10线等视拟断面图

图3中间等值线急剧下降部位为被调查断层的位置。由于断层下降盘煤系地层较厚,其电阻率与断层破碎带差异不大,故断层破碎带反映的低阻特征不够明显。在等值线右高左低的总体趋势上,分布有多处等值线向下弯曲的低阻异常。这些低阻异常,在断层上升盘奥陶系灰岩中为富水岩溶裂隙的反映,而在断层下降盘的煤系地层中则由含水裂隙引起。

TEMb5线等视电阻率拟断面图见图4,由图4可以看出,b5测线下团柏断层,等值线总体特征呈右低左高的趋势,特别是浅部呈右低左高的趋势,认为是采空区积水所致。

图4 TEMb5线等视电阻率拟断面图

4 TEM在断层带反映的物性特征

1)由于构造运动因素使得地层在剖面上,发生上下位移现象,特别是在勘探区内上部为石炭、二叠系含煤地层,基底为强富水的奥陶系石灰岩,石炭、二叠系含煤地层电阻率与奥陶系石灰岩地层电阻率差异较大,石炭、二叠系含煤地层电阻率在几百Ω·m,而奥陶系纯石灰岩地层电阻率在几千Ω·m,相差一个数量级。

2)断层破碎带相对正常地层较破碎,电阻率会相对降低,特别是在断层破碎带充水的情况下,电阻率相对降低更明显。

3)断层上、下盘地层相对富水性的强弱,会加大和降低第一种条件的断层上、下盘地层电阻率差异,是判断断层是否导、阻水的特征之一。

Research on Occurrence and Hydraulic Conductivity to North Boundary Fault of G anhe Field

Wang Wen-jun

Takes survey project of north boundary fault of Ganhe field as an example,introduces the applications of the ground transient electromagnetic method in the exploration the fault location and occurrence, hydraulic conductivity.Based on TEM multichannel section plan curve reflects the unusual bimodal and the high-resistance unusual characteristic combination,the isometric change regularity of isometric pseudosection map and the unusual characteristic and so on determines the position,the occurrence and hydraulic conductivity of the fault,its geological effect is remarkable,it is an effective means of geological exploration.

Transient electromagnetic method;Unusual bimodal;Anomaly low-resistance;Fault;Occurrence;Position;Hydraulic conductivity;Research

book=1,ebook=46

TD171

B

1672-0652(2010)01-0042-03

2009-12-14

王文军 男 1968年出生 1990年毕业于山西矿业学院 工程师 霍州 031400