瞬变电磁法在构造探测中的应用

任豫涛

(山西省煤炭地质114勘查院，山西长治046011)

瞬变电磁法在构造探测中的应用

任豫涛*

(山西省煤炭地质114勘查院，山西长治046011)

地质构造的探测是地球物理工作者在生产过程中常需研究解决的问题，对于构造的探测发现：常规的手段是通过地震勘探方法来实现的，但是瞬变电磁法（TEM）作为一种经济适用的物探方法也可以在一定程度上探测地下地质构造。通过勘探实例，说明该方法在构造探测中具有良好的应用效果，为后期解释地下地质构造提供帮助。

瞬变电磁法；地质构造；勘探实例

在煤矿安全生产过程中，由于水文地质条件的多样性及复杂性，查明地下构造的富水及导水情况对矿井防治水淹工作意义重大，瞬变电磁方法（TEM）能定性判断并半定量分析地下地质构造的富、导水情况，本文通过对煤矿地球物理勘查的应用实例，浅述瞬变电磁方法探测构造的应用效果。

1 工区概况及地球物理特征

1.1 工区概况

勘探区位于太行山中段西侧，长治盆地之西部，地貌特征为山区丘陵地带，冲沟发育，中南部地势平缓，大面积为第四系黄土所覆盖，区内最高点位于郭庄井田西北角，标高为+947.7m，最低点位于绛河下游，标高为+903m，高差约45m，绛河水蜿蜒曲折缓缓东流注入漳泽水库，河床开阔，阶地发育，属海河水系的浊漳河支流。

1.2 地球物理特征

本采区地层由奥陶系、石炭系、二叠系及第四系组成。

整个第四系多由褐黄、棕黄色亚粘土为主，不整合于各时代地层之上，厚度不大，导电性能强，整个新生界松散层，均呈低阻反映，它对电测深的解释几乎无影响。

二叠系由泥岩、砂岩及煤层组成。其中泥岩电阻率略高于新生界，砂岩质地坚硬，导电性能差，电阻率和灰岩相当。

石炭系上部太原组主要由煤层、砂岩、泥岩、石灰岩组成。中部本溪组由砂岩、铝质泥岩互层组成，与下伏层呈整合接触。单层分析，厚度不大的灰岩及砂岩层属导电较差的高阻层；粉砂岩、粘土岩、泥岩又为低阻层位，这一特定的地点条件，使石炭系宏观上为中高阻反映。

奥陶系中统以厚层灰岩为主，当岩溶不发育时，电阻率真值接近无限大；当灰岩岩溶发育，富水性强，或富水性虽不强，但发育规模较大，岩溶裂隙体内充填有泥质物时，电阻率明显下降，此时绝对值与岩溶发育程度及富水性有关。

众所周知，含水采空区、断层和岩层的电阻率远小于不含水周围围岩的电阻率，这是瞬变电磁法评价采空区、断层和含水层富水性的物理依据。陷落柱的富水和导水性也是影响其电性变化的一个重要因素，若陷落柱富水，其视电阻率值低于不富水陷落柱和周围不富水地层的视电阻率值；若陷落柱导水，其内外的视电阻率值差别较小且低于周围地层的视电阻率值；若陷落柱不导水，其内外视电阻率值差别较大。综上所述采用瞬变电磁法探测，具有较好的物性条件。TEM法较其它电法具有体积效应小，分辨率高，对陷落柱、断层等含水后形成的低阻体反映敏感，且具有足够的勘测深度等优点。

2 应用效果

2.1 陷落柱构造TEM异常特征

利用瞬变电磁法对本区进行了地球物理勘查工作，主要查明3#煤层顶板含水层的富水情况及3#底板及奥灰水的富水情况，同时查明该区域三维地震已探明的地质构造的富水情况，并做出相关详细的论证报告，为矿上安全生产提供可靠资料。图1为测区内某测线视电阻率拟断面图，图1中黑线为3#煤层线，DX16为三维地震已探明的陷落柱在剖面上的对应位置，根据地质任务，对该陷落柱的富水情况做出相关详细的论证。3#煤层底板等高线上下附近的视电阻率等值线变化起伏，上部等值线呈均匀分布，是第四系上部耕植土、砂土及砂质粘土的电性反映，向下电阻率值均匀层状分布，视电阻率值相对较高，分析为砂砾岩层富集区的电性分布特征；在中部等值线变化与上、下形成明显分层界面，且有等值线闭合圈，等值线图反映的地电信息丰富，是煤系地层的电性反映，下部等值线阻值高且成层状密集分布，是奥陶系灰岩的电性反映。

图1 1线视电阻率断面图

以3#煤层线为标志层位，向下以145m左右平均厚度为奥灰岩层顶界面的划分依据，在此基础上，我们对3#煤层顶板及底板含水层的富水情况进行详细分析，同时对三维地震推断的地质构造富水进行详细论证。图中DX16为已知地震推断陷落柱的对应位置，由剖面图1可以明显看到在陷落柱上部的视电阻率等值线扭曲变化，曲线形态下凹，形成“耳朵”状的凹陷变化，为很好的陷落柱边界的划分标志，DX16范围内的3#煤层线标志层位的视电阻率等值线剧烈变化，视电阻率等值线杂乱，与周围的曲线形态有明显差异，且进入O2f层位后的视电阻率等值线亦具备上述特性，剖面上下反映等值线特征基本一致，标高240m以下的DX16位置处存在低阻的相对异常反映，视电阻率高低不等，反映陷落柱的内部充填物的物性特征，由于灰岩内部岩溶发育，在地质构造力作用及上覆岩层重力作用下，发生塌陷，造成上覆煤系地层随之陷落，充填在陷落柱内部是杂乱无章的破碎岩块，反映到视电阻率拟断面上形态是上下杂乱，视电阻率等值线不规律，但存在电性差异特征，这是我们本次物探任务查明地质构造的理论基础，在此条剖面上三维地震推断陷落柱位置与瞬变电磁法剖面反映的电性异常位置基本一致。3#煤层上150m的视电阻率等值线变化基本均匀分布，在100m范围内等值线图有局部不均匀的高低变化，在桩号180～240m、760～830m、890～930m、1130～1180m、1240～1320m等5处存在局部低阻异常，其中180～240m、760～830m、890～930m的电阻率电性变化明显，分析为煤层上覆地层裂隙发育充水在剖面上的异常反映，其中在890～930m位置的异常同时受陷落柱X16边界岩层相对破碎的影响，周边地层水沿破碎带渗漏造成的。3#煤层下100m层位的视电阻率等值线起伏变化较大，是由于下伏地层岩性变化影响所致，在桩号180～240m、380～460m、550～640m、760～830m、1110～1130m、1170～1210m、1270～1295m等7处局部低阻异常形态突出，分析这些区段的岩层裂隙较为发育，裂隙富水性较好。同时可以看出在桩号1130～1150m的低值异常可与上覆1110～1130m桩号之间的局部小异常联系，说明这两个异常之间存在一定的水力联系。奥灰顶界面层位是根据钻孔地质资料提供的3#煤层距奥灰顶界面的平均厚度推断出的大致层位，具备一定的参考性，在此标定的O2f层位范围内，存在多处低值异常，在灰岩连续界面的高值背景中反映明显，位置是桩号100～260m、380～440m、520～750m、1110～1190m。根据岩溶裂隙的地球物理特征分析，推断桩号1110～1190m的异常是灰岩岩溶裂隙较发育，且该岩溶裂隙具有一定的富水性造成的；而桩号100～260m、380～440m、520～750m则与上覆地层的含水层存在一定的联通关系，具有较强的导水性。

图2 D1、D2线视电阻率断面图

2.2 断层构造TEM异常特征

图2是本次物探测量的D1、D2测线的视电阻率拟断面图，图2中显示，上部等值线呈均匀分布，是第四系上部耕植土、砂土及砂质粘土的电性反映，向下电阻率值均匀层状分布，视电阻率值相对较高，分析为砂砾岩层富集区的电性分布特征；在中部等值线变化与上、下形成明显分层界面，且有等值线闭合圈，等值线图反映的地电信息丰富，是煤系地层的电性反映，下部等值线阻值高且成层状密集分布，是奥陶系灰岩的电性反映。在D1、D2视电阻率拟断面图中，我们均可明显看到桩号220～240m位置处视电阻率等值线横向上反映显著，呈“台阶“状的断面分层情况，台阶左端视电阻率值高于右端的视电阻率值，形成峰值突起，分析是由于地下构造的影响造成的，异常位置基本可以圈定构造位置，通过对比分析，该异常位置与DF01断层在平面上的对应位置基本一致，DF01断层落差20～30m，综合平面分析后，定性为导、富水断层。

2.3 探测效果

瞬变电磁方法在断层剖面上视电阻率曲线扭曲变化，横向电阻率发生明显变化，垂向延伸变化，形成“异常面”，可以很好判断构造位置，且与实际采掘情况对应较好，同时在陷落柱剖面上能较为准确地确定构造边界，反映出构造形成机制，结合顺层平面图及标高平面图，辅助其它地质资料，对构造导富水情况能定性、半定量分析，指导煤矿生产。

3 结论

通过瞬变电磁方法的使用，可知在煤矿地球物理探测中，使用该方法可以很好地寻找构造异常，探测结果与地震勘探基本一致，说明瞬变电磁法在构造探测能起到很好的效果。瞬变电磁方法对构造的探测取决于岩层破碎程度及水文地质条件，地球物理特征的差异性是探测查明的必要前提。本次探测结果显示，瞬变电磁法在该区域能很好地圈定构造位置，同时对地震勘探解释进行补充，两者综合使用，可取得较好的地质效果。

[1]张保祥,刘春华.瞬变电磁法在地下水勘查中的应用综述[J].地球物理学进展，2004（3）.

[2]刘树才,刘志新,姜志海.瞬变电磁法在煤矿采区水文勘探中的应用[J].中国矿业大学学报，2005（4）.

[3]马兆峰.矿井瞬变电磁法在勘探陷落柱富水性中的应用[J].煤，2010（2）.

P631.3

B

1004-5716(2015)05-0094-03

2014-05-08

2014-05-13

任豫涛（1986-），男（汉族），山西长治人，工程师，现从事煤田地球物理勘探工作。