反演技术在探查构造含水性中的应用

司 银 女

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安　710077)



反演技术在探查构造含水性中的应用

司 银 女

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安710077)

以某煤田工程为例，采用反演技术对瞬变电磁法数据进行了处理，分析了断层周围的富水性，并对比了使用反演技术前后的处理结果，说明了在一些特定区域选择反演技术的必要性。

煤矿，瞬变电磁法，反演技术，地质构造

0　引言

本次勘探的测区位于东胜煤田内，煤矿所在井田侏罗系上部煤层开采直接充水水源为延安组顶部砂岩及直罗组砂岩孔隙裂隙含水。但煤层回采塌陷后，白垩系志丹群砂岩水可能会通过塌陷后形成的裂隙和煤层导通，成为煤层的充水水源；根据地质资料可知，白垩系砂岩含水层为中等富水，一旦导通，对煤矿开采将是很大的安全威胁。测区内有断层存在，且断距较大，附近裂隙通常会比较发育，使得砂岩水更易上下导通，给煤矿开采造成水害隐患；同时周边很多条件相似矿井面临较严重的顶板水害威胁，在建井和回采过程中都遭遇过煤层顶底板透水事故，因此，在本矿开采前期对影响主采煤层开采的含水层富水性分布以及主要断层构造的富水情况进行探测。

1　测区概况及方法选择

本次瞬变电磁法探测区域内所涉及的地层地质构造简单，地层沉积相对稳定，岩层物性特征比较明显，主要由砾岩、粗粒砂岩、中粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及泥岩组成。砂岩的电阻率为中高值反映，砾岩、粗粒砂岩及中粒砂岩为最高，细粒砂岩居中，粉砂岩、砂质泥岩及泥岩为低阻反映。总结由浅至深地层电性变化规律应为：浅部第四系、白垩系上部以泥岩、粉砂岩为主，呈现低阻电性特征；白垩系中下部以中～粗粒砂岩为主，呈高阻电性特征；向下至安定组泥岩地层，以及直罗组砂岩地层均呈现低阻电性特征，到延安组含煤地层电性呈增大的趋势特征。

针对本工程的特点与技术条件，在首采区两个工作面进行瞬变电磁法探测。主要依据如下：

1)瞬变电磁法观测纯二次场，对含、导水构造等低阻体反应敏感，体积效应小、分辨率高；

2)测区内地层沉积序列清晰，地层相对稳定。正常地层组合条件下，在顺层与垂向上都有固定的电性变化规律，因而能够取得较好的探测效果。

2　深度计算的不同方法

2.1传统方法计算深度

传统对瞬变电磁法资料解释深度计算选用的计算公式为：

其中，h为视深度；▽为深度系数；ρ为视电阻率；t为各道数据采集时间。

2.2本方法采用的反演计算深度

本文采用技术上相对比较成熟的瞬变电磁一维反演解释技术，采用专用处理软件对数据进行了反演解释。该方法在多个矿区进行的验证，得到了很好的效果。

3　探测效果分析

3.1探测断面图分析

图1为采用传统方法计算深度和采用反演计算深度所得到的断面图。其中图1a)为采用传统方法计算深度得到的深度—视电阻率断面图；图1b)为采用反演计算深度得到的深度—电阻率断面图；图1c)为测区内典型钻孔测井曲线得到深度—电阻率断面图；图1d)为图1a)～图1c)的示意型色标，即白色为高阻，黑色为低阻，其他为过渡色。

从图1a)中可以得到以下4个结论：1)0 m～200 m没有等值线出现，该区域在瞬变电磁法中称为探测盲区，该区域的纵向距离与所采用的发射外框大小直接相关，外框越大，该纵向距离越大；2)视电阻率从浅部到深部整体表现为“低阻→高阻”的变化规律；3)视电阻率在500深度以深成层性很差；4)煤层出现在高阻层位下部。

从图1b)中可以得到以下4个结论：1)从0 m～800 m，均有等值线，对比图1a)，没有出现探测盲区，可用深度范围较大；2)电阻率从浅部到深部整体表现为“低阻→高阻→低阻→高阻”的变化规律；3)电阻率整体成层性均优于图1a)；4)煤层出现在第二个低阻层下部。

从图1c)中可以得到以下结论:图1c)中电阻率值为钻孔测井直接得到，真实可靠，电阻率从浅至深整体表现为“低阻→高阻→低阻→次高阻”。

从以上分析可以得到以下结论：

1)图1a)中视电阻率断面图没有真实的完全反映出地层的电性变化特征，与实际地层电性变化特征不吻合。

2)图1a)中探测盲区较大，对浅部地层的电性信息不能完全反映。

3)图1b)中视电阻率断面图与测井曲线断面图的电性特征完全吻合，且深度对应也完全吻合，煤层在低阻与高阻层交界处，与实际地层中煤层处在延安组中下部低阻与高阻层交界处相吻合。

4)图1b)中能够完全反映从浅部到深部的所有地层电性信息，无论是探测浅部或深部，都能够正确反映。

5)图1b)纵向分辨率明显高于图1a)。

3.2成果平面图分析

图2为成果平面图，图2中黑色表示低阻，白色表示高阻，其他灰色为过渡色。图2中用黑色虚线圈定出低阻异常区，在图中给定的布点范围内，有一条DF断层横穿整个测区，该断层也即为图1中出现的DF断层。

从图2中可以看出在测区左侧分布有一个低阻异常区，异常区位于DF断层上盘，DF断层为正断层，这与正断层上盘裂隙较为发育，较易富水相吻合。综合推断该异常为断层破碎含水或砂岩含水层相对富水所引起。

4　结语

1)在地球物理勘探过程中，可以选择多种处理方法来进行综合对比，选择和实际地层典型特征相吻合的方法来对数据进行处理解释。

2)选择合理的施工参数和处理解释方法，结合已知地质资料，能够对断层等构造的富水性进行综合探测和解释。

3)本次探测断层富水性及砂岩含水性，由于低层电性变化特征明显，采用一维反演技术提高了断面图在纵向上的分辨率，减少了传统方法的探测盲区，较为客观的反映了地下地层的电性特征，对构造的富水性反映也较为客观。

[1]刘最亮，王鹤宇.大定源瞬变电磁法在含水断层构造探测中的应用[J].煤田地质与勘探，2012，40(5)：67-70.

[2]韩德品，郭林生，赵利利，等.瞬变电磁法快速探查煤矿突水构造关键技术及应用效果[J].煤田地质与勘探，2014，42(6)：97-100.

[3]赵文曙，刘军，李永军.瞬变电磁法在圪堆煤矿含(导)水构造超前探测中的应用[J].华北科技学院学报，2014，11(3)：1-5.

[4]张向阳，杨文强，汤金云，等.瞬变电磁法在矿井含水构造调查中的应用[J].西部探矿工程，2009(3)：112-115.

[5]马永强，李永军.瞬变电磁法在煤矿构造水害探测中的应用[J].太原科技，2012(2)：89-91.

[6]梁爽.瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用[J].煤田地质与勘探，2012，40(3)：70-73.

[7]高波，王传雷，刘金涛，等.瞬变电磁方法在河南某煤矿深部含水构造探测中的应用[J].工程地球物理学报，2006，3(4)：283-287.

On application of reverse technique in surveying aquosity of structures

Si Yinnv

(Xi’anResearchInstituteCo.,Ltd,ChinaCoalTechnologyEngineeringGroup,Xi’an710077,China)

Taking some coal mine as the example, the paper adopts the reverse technique to undertake the treatment of the instant electromagnetic data, analyzes the water yield around the stratums, compares the treatment results before and after the reverse technique, and indicates the necessity for selecting the technique in some typical areas.

coal mine, instant electromagnetic data, reverse technique, geological structure

1009-6825(2016)23-0078-03

2016-06-07

司银女(1981- )，女，硕士，工程师

P631

A