瞬变电磁法在煤矿应用中的研究

2016-09-06崔迎龙黄新宇王志勇中国建筑材料工业地质勘察中心吉林总队吉林长春130033

地球 2016年1期

关键词：含煤岩系玄武岩

■崔迎龙　黄新宇　王志勇（中国建筑材料工业地质勘察中心吉林总队吉林长春130033）

瞬变电磁法在煤矿应用中的研究

■崔迎龙黄新宇王志勇
（中国建筑材料工业地质勘察中心吉林总队吉林长春130033）

本文以吉林省敦化市大山咀北部煤矿为例，对地下煤层火区、煤层风氧化带以及采空区可形成电性差异为基础,根据瞬变电磁法具有穿透高阻层能力强及随机干扰影响小,受地形影响小的特点,讨论了应用瞬变电磁法对其进行探测的可行性。

瞬变电磁法煤矿应用

1　工程概况

勘查区域位于吉林省敦化市大山咀北部煤矿普查探矿权区块，总面积345.16km2。因该区多被第四系、第三系玄武岩覆盖的特点，对于地震勘探法来说，由于致密块状玄武岩对地震波产生屏蔽作用，无法取全、取准地震资料，因此不易开展地震勘探法工作。最终经结合前人钻孔资料，本地区煤层深度大约600m—800m，对于该深度的含煤层，建议物探勘查技术方法应采用瞬变电磁法测量，对找煤效果会更佳。因此，对该区煤矿进行瞬变电磁法测量。

2　方法原理

瞬变电磁法以岩石的导电性差异为基础，利用不接地回线向地下发送一次磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，通过测量线圈观测二次涡流磁场感应电动势，从而了解地下介质的电性变化情况的方法。本次勘探主要目的和任务是通过采用瞬变电磁法揭露玄武岩盖层下的含煤岩系的埋深及分布特征。

3　地质与地球物理条件

3.1地质特征

勘查区内出露地层有中元古代塔东岩群之拉拉沟岩组(Pt2l.)、朱敦店岩组（Pt2z.)等。该区侵入岩不发育，仅在勘查区东北角塔拉河河谷出露有志留纪扶育站序列大干泡单元中粒角闪石花岗闪长岩。

3.2地球物理条件

区域煤矿密布,有公路相连,交通方便。煤矿多赋存在第四纪覆盖层下的二叠系和石炭系,地层平缓,含煤丰富,煤层厚、煤质好,与围岩有明显的电性差异,是进行电法勘探的物性基础。

4　参数及仪器选取

本次施工选用加拿大凤凰公司生产的V8网络化多功能电法仪，它是一种智能化程度较高的便携式探测仪，抗干扰能力强，操作简便灵活。该仪器的指标为：输入阻抗：大于100M?；补偿误差：小于万分之1.2，分辨率：1uV；功率：1400w；最大输出电流：40A，最大供电电压：144V。

5　数据处理方法及结果

数据处理方法：

对于瞬变电磁法来讲，不同的电性地层，其勘探深度会不同，因而必须进行试验确定有关参数。试验工作发射系统采用TXU-30发射系统进行控制，在DS-11钻孔附近进行TXU-30发射系统400m×1090m发射框，5hz发射频率的试验，试验结果见图1：

图1　TXU30发射系统400m×1090m发射框、5Hz发射频率数据反演图

由图1可见，400m×1090m发射框，发射频率为5hz的TXU-30发射系统能够达到勘探目的，因此在结合施工相对便利的条件下选用这套发射系统及参数。如果实际勘探中，某些地段煤层深度变大，可以选用频率为1Hz的发射系统辅助底部勘探。按取得的试验成果进行分析，此次瞬变电磁法施工采用TXU30发射系统400m×1090m发射框5Hz发射频率的装置系数。

如果想把野外采集的数据转化为物探成果，还要经过一系列的处理、计算、分析与解释。瞬变电磁法野外采集的数据含有发射线框、发射电流、接收线圈、增益、叠加次数等因素的影响，必须进行归一化处理。（1）视电阻率计算。一般采用如下公式转换为视电阻率曲线。

式中μ0=4π×10-7H/M，ST为发送回线面积，SR为接收线圈面积，t为测道时间，V(t)/I为归一化电动势，是瞬变值。以上单位均采用国际标准计量单位。瞬变电磁法的解释工作遵循从已知到未知、从简单到复杂，从点到线、从线到面的原则。深度（厚度）、电阻率的初始模型结合测区以知的资料给出。整个测区深度、电性通过博斯蒂克反演得到。（2）博斯蒂克反演。这是一种较粗略又很实用的反演方法，可作为定量解释。对于TEM法时间-视电阻率曲线和同点观测的MT视电阻率曲线，有一定的数学关系，通过程序转化，就可借助博斯蒂克反演来生成视电阻率关于深度和测线长度的DAT文件。（3）作图。根据不同岩性地电特征的差异使用由暖到冷的色阶填充等值线区域，然后将surfer图件转换成Mapgis图件。

6　数据结果分析

6.1剖面图解译

图2　大山咀北部煤矿瞬变电磁法综合剖面图

依据瞬变电磁法所测高阻界面，划分出玄武岩与沉积岩界面作为玄武岩底板，结合地形高程数据，在不计较第四系松散堆积物厚度的情况下，计算出玄武岩厚度，再利用软件成玄武岩等厚度图，从图2中可见，在图的中下部和西南部玄武岩厚度较大达到500m以上，向东北变薄，直至尖灭，普遍厚度约300m—500m。由第四系南坪组玄武岩、军舰山组玄武岩组成。因而视电阻率变化范围较大。同时，利用图2和大山咀北部煤矿瞬变电磁法玄武岩厚度等值线图所求得的基底高程数据与玄武岩底板高程数据的差值，从视电阻率角度，就是低阻部分，求出含煤岩系厚度数据，绘制含煤岩系厚度等值线，构成含煤岩系等厚度图。从大山咀北部煤矿瞬变电磁法含煤岩系厚度等值线图中可见，从北西到南东含煤岩系厚度逐渐增大，最大厚度可达900m。含煤岩系基本上是珲春组，其上部也有小部分土门子组劣质煤地层。瞬变电磁法对低阻敏感，但分层能力较差，对具体煤层划分不太清楚，只能用视电阻率整体变化来判断含煤岩系的厚度。

6.2构造解释

从瞬变电磁法所测得的数据反演结果，亦从断面图的分析结果上看，各线电阻率断面上均有不同程度的疑似断裂反映、显示，尤其在盆地边缘位置的测线上，呈台阶状间断的特征表现，可能为断裂反映。

6.3钻孔解释

据瞬变电磁法剖面解释成果，在剖面12线4450m处ZK1201号设计ZK1201；在剖面11线5550m处设计ZK1101孔位。通过分析可知两个孔位的实际钻探资料与瞬变电磁法反演成果基本吻合。由图3可知ZK1201号孔位在深度788.2m（标高-340m）处见煤，符合物探解译的含煤岩系分布范围；由图4可知ZK1101号孔位在深度1198m（标高-780m）处见煤，符合物探解译的含煤岩系分布范围。

总之，通过此次物探工作，证明了瞬变电磁法在玄武岩盖层较厚地区找煤适用有效，通过钻孔资料对比，划分了本工区玄武岩层、含煤岩系地层及基底深度，对电阻率反演剖面图进行了详细解释，对断裂褶皱构造进行了分析，对低阻异常结合钻孔资料对比分析，判断了含煤岩系的厚度、埋深、分布情况，基本上达到勘探目的。