瞬变电磁法和直流电法在矿井水害防治中的应用研究

2019-08-08

世界有色金属 2019年11期

关键词：矿层工区富水

（四川省煤田地质工程勘察设计研究院，四川成都 610031）

1 目的任务

本次工作的勘探目的是：在21111工作面巷道顶板应用直流电法，查明巷道顶板以上70m区域内，地层的富水情况；在21111工作面地面采用瞬变电磁法探测地下300m区域内地层的富水情况。

2 工区地质情况

地层：根据钻孔揭露及地质填图资料，工区地层主要有侏罗系地层，主要岩性为砂岩、泥岩、矿层；古近系地层，主要岩性为砂岩、泥岩；第四系主要是坡积残积物（Q3），冲积偶含砾砂土。

构造：工区位于界梁子-尖山子背斜的一翼，较平缓的褶曲褶皱，地层倾角一般6°～9°，无断裂带。

3 工区地球物理特征

工区的电性模型如下，21矿层顶板上部40m～45m为一隔水层，主要是侏罗系地层的砂质矿物及泥质矿物，视电阻率值为5Ω·m～20Ω·m；紧接着上部是110m～120m的含水层，其水位线在标高805m，主要是古近系地层，视电阻率值为15Ω·m～25Ω·m；最上部是第四系覆盖层，主要是坡积残积物（Q3），冲积偶含砾砂土，其视电阻率值为30Ω·m～50Ω·m。可见，隔水层的视电阻率值要比含水层的视电阻率值低，那因为隔水层的泥质矿物和砂质矿物处于饱和水状态，砂质矿物含水层电阻率值要比不含水的砂岩电阻率低。

4 工程布置

瞬变电磁L13与21111工作面下顺槽矿井直流电法测线重合，瞬变电磁L1与21111工作面上顺槽矿井直流电法测线重合。瞬变电磁测线由L1-L13均匀的布置在21111工作面内，点号由南西方向往北东方向逐渐变大，线号由南东方向往北西方向逐渐变大。

5 瞬变电磁资料分析

（1）L1线视电阻率测深剖面分析

标高在21号矿层线至地表，等值线大致呈层状分布，剖面成层性很好，整体大致可以分成4层，从上到下依次为中高阻层、中阻层、中等低阻层、低阻层。在805水位线以下的地层，其视电阻率值基本比水位线以上的视电阻率值要低，这一层为砂岩含水层，物探分界线很明显；805水位线以上为不含水的砂岩和覆盖层，其视电阻率最高；从侏罗系与古近系的分界线至805水位线，这一层为含水的砂岩层。21矿层线与侏罗系与古近系的分界线之间，为砂岩、泥岩隔水层，其视电阻率值最低，处于饱和水状态，但导水性很弱。

从横向上看，剖面视电阻率值变化稳定，变化较为平缓，局部有等值线陡变，电阻率值变大的现象。在侏罗系地层中，点号0～480、点号480～1120、点号1440～1520之间，为低阻异常带（蓝色线圈）；点号1120～1440、点号1520～2040之间为中等低阻带（绿色线圈）；在古近系地层中，点号0～240、标高790～840之间，点号1280～1520、标高760～780之间，为富水区（粉色线圈）；点号240～920、标高780～820之间，点号920～1060、标高780～840之间，点号1180～1220、标高750～820之间，点号1620～1900、标高750～790之间，点号1960～2040、标高750～780之间，为中等富水区（红色线圈）；点号0～320、标高840～870之间，点号240～960、标高830～850之间，点号1060～1180、标高750～820之间，点号1200～2040、标高800～830之间，点号1540～1620、标高750～780之间，为弱富水区（蓝色线圈）。在第四系地层中，整体电阻率较高，为中高阻区。

（2）顺层切片图资料分析

如图1所示，21号矿层顶板+45m切片图处于古近系含水层，805水位线以下，其富水区主要分布测区中部，主要范围是L1～L13测线的400～960号点、1040～1560号点；中等富水区主要分布在测区北部、南部，主要范围是L1～L13测线的0～640号点、840～1040号点、1560～2040号点；弱富水区主要集中在中部和北部，主要范围是L1～L8的1240～1480号点、L9～L13的1760～2040号点。

图1 距21号矿层顶板45m的顺层视电阻率切片图

结合6个地面直通放水钻孔DF17、DF18、DF19、DF20、DF23、DF27的情况分析：DF23、DF27的现放水量相对较大，与物探划分的低阻异常区相对应；DF18的现放水量相对较低，与物探划分的中等低阻异常区相对应。

6 矿井直流电法资料分析

从纵向上看，等值线大致呈层状分布，整体大致可以分成2层，从上到下依次为中等低阻层、低阻层，其中低阻层与中低阻层的界线与地质界线几乎吻合，说明该剖面视电阻率等值线及数值很好的反映了地层情况。从横向上看，剖面视电阻率值变化稳定，变化较为平缓，局部有等值线陡变，电阻率值变大的现象。在侏罗系地层中，点号0m～1800m、标高720m～780m，为低阻层，解释为低阻异常区；在古近系地层中，点号780m～880m、标高790m～810m之间等区域，解释为富水区；点号900m～1040m、标高760～820之间等区域，解释为弱富水区。

7 21111工作面上、下顺槽与L1、L13瞬变电磁测线的资料对比

①直流电法、瞬变电磁的视电阻率剖面的低阻层、中等低阻层相互对应，说明两种方法的成果资料统一性较高，一致性较好；②直流电法视电阻率剖面局部的信息更为细致，能反映出范围较小的低阻体；③瞬变电磁视电阻率剖面整体性较好，能反映出工区纵向上的地层结构。④从视电阻率等值线图看，可基本反映地质形态，与实际揭露地质形态相吻合。