综合物探技术在矿山水文地质勘探中的应用

宋振伟

摘     要：矿山的水文地质情况直接影响到矿井的安全生产作业，因此在进行矿井作业施工前要提前对矿山的水文地质情况进行勘探。目前应用较广泛的矿山水文地质勘探方法是综合物探技术，其中包括地震勘探和瞬间电磁勘探两种技术方法。本文通过对这两种物探技术应用原理以及施工方法的介绍，结合勘探结果对矿山水文地质情况进行详细分析。

关键词：综合物探技术;矿山;地质勘探

1  综合物探技术主要特征

地震勘探的技术优势在于数据精确度高、勘探周期短，可以直观的反映地层构造以及断层现象。瞬间电磁勘探更多应用于积水区和采空区，这种技术方法的应用特点是纵向以及横向的分辨能力较强，受体积效应的影响较小，对低阻的含水体十分敏感，而且其技术施工时间段效率高。目前这两种物探技术的综合应用在矿山水文地质勘探中较为普遍。

2  综合物探技术应用途径

下面将结合某矿井的实际勘探情况对综合物探技术的应用进行展开说明。该矿井处于丘陵地带，地市走向为东高西低且存在较明显的坡度。该矿山的地下含煤层产状较为稳定，厚度平均在6m～7m左右。根据现有的资料数据可知，该矿井地下存在的断层裂隙发育良好而且范围相对较广，在这种情况下地下水可能大量富集。在进行矿井开采作业时所产生的岩溶水会对其煤层的开采质量产生不利影响，因此是重要的地质勘探对象。另外，水文地质的勘探以及矿浆的防治也是关键勘探对象，包括空隙渗透出的水以及裂缝水等都是需要重点勘探的地下水类型。结合该矿区的实际地质条件分别以地震勘探和瞬变电磁勘探两种物探技术进行勘探后，综合勘探结果分析矿井的水文地质情况。

2.1  地震勘探

（1）地震勘探技术应用原理。地质勘探工作一般分为三个步骤，即野外资料的采集、资料数据的处理、资料解释。在开展野外资料的采集工作时，技术人员要利用可控的震源采取人工激发地震波的方式形成人造地震波。当形成的地震波向地下进行传播时，若经过的地层或区域介质不相同，利用介质的密度以及弹性的不同，此时地震波就会产生不同的折射与反射现象，工作人员可以借助相关的地表检测仪器接收并记录这种折射或反射的地震波，综合震源特点、地表检测仪器的位置以及接收地震波的结果等多种信息数据后可准确推断矿山地下岩层的形态以及性质，了解水文地质的大致情况。

（2）地震勘探技术资料解释。该矿井地下的采煤层顶部的底板岩层主要是由砂质的泥岩以及砂岩组成，根据相关的勘探数据资料，该采煤层与其周边的其他岩层相比地震波的波阻抗明显不同，在采煤层与其頂底板岩层相比其反射波的强度更大，可以达到2T左右。根据这一特征，技术人员可以利用地震勘探技术对该反射波进行跟进并开展相应的对比研究工作。具体需要从反射波强度大小、相位以及连续性等特征进行深入的研究分析。另外还可通过对地震勘探断点的数据分析结果，从时间剖面对断层的详细特征以及煤层产状进行进一步了解。

（3）地震勘探技术施工方法。在综合考量矿山的地质情况后，选择在矿井周围布置11条勘测线，包括5条主线和6条联络线。主线沿着地势的倾斜方向由东北向西南布置，联络侧线则布置为垂直向。注意所有侧线均要保持200m左右的间距，选择4个相同规格的地表检波器，以两个串联两个并联的方式进行连接。要保证总道数在96道的情况下，不同的数据观测系统的接收道间距控制在5m左右，炮点距在10m左右。另外，中间激发观测系统主要分为中间对称观测系统，以及中间不对称观测系统，本次勘探观测采取的是后者。相应的信号激发的方式为中间不对称型，需要结合具体勘测区域的实际情况决定。通常包括可控震源激发以及井炮震源激发，在本次勘测中多采用的是可控震源激发。

（4）地震勘探技术结果分析。通过对地震勘探技术数据分析的结果发现，往西走向具有明显的波组特征，结合跟踪对比的情况可知，反射地震波在该矿井的主采煤层表现出较良好的连续性特征，但在桩号为420～520的中间地震波产生了较明显的波动情况，说明在该勘探范围内分布着零散的波组。

2.2  瞬变电磁勘探

（1）瞬变电磁勘探技术应用原理。瞬变电磁勘探技术属于一种时间域电磁感应测探方法，其原理是通过电流脉冲方波产生向地下传播的一次磁场，该磁场使地质体产生涡流，涡流的大小能够反映出地质体的导电情况。当该磁场消失后，涡流的衰减会继续产生二次磁场，此时地面的接地电极等会接收到该磁场，该磁场的变化情况能够进一步反映地质体的电性分布。然后按照不同延迟时间对二次场产生的感生电动热进行测量，从而得到相应的特性曲线，在此基础上可对该区域地下的地电结构进行分析，进而了解其水文地质情况。瞬变电磁勘探技术与其他勘探技术相比，其穿透性和分层分析能力更强，而且还能测量剖面情况，因此其工作效率较高，同时得到的地质勘探数据结果也更为精确。

（2）瞬变地磁勘探技术资料解释。一般来说，矿井下的地质结构与其四周的其他介质相比电阻炉存在较大差别，通常在断层中含水时电阻率的数值相对较低，而寒武系岩层相对于其他地质岩层电阻率数值更高。处于不同地层的断层，其内部的富水性以及透水性也存在显著不同。根据勘探所得到的数据资料可知，在该矿井地下灰岩地质层中的断层处富水性较好，电阻率数值较低，但在泥岩地质层中勘测结果完全相反。

（3）瞬变地磁勘探技术施工方法。结合该矿山的地质特征，选择在矿井区域内设置19条勘测线，其中5条主测线、6条加密线以及8条地震勘测线，其中加密线与地震勘测线部分重叠。为了提高勘测结果的精确度，需要提前做好相关设备仪器的测试工作。同时利用大定源回线勘探仪器发射线框，将发射的电流控制在7A，频率控制在25Hz，选择直径为1m的接收线圈。

（4）瞬变地磁勘探技术结果分析。为了获得更加准确的勘测数据，在进行结果分析时选择与地震剖面重合的TEM04勘测线。根据分析结果可知，由于地面标高60m处具有均匀的电阻率，而且呈现循环中到低的特征，这一特征是丘陵地带煤层分布的显著特征。断层处电阻率呈现明显的波动特征，在地面标高60m下电阻率值显示该处与灰岩层地质特点较为类似，电阻率分布较为均匀。在桩号为420～520的中间电阻率呈现较为明显的波动异常，由此判断该处为陷落柱。在桩号为630、830处，电阻率等值线出现扭曲，产生非正常低阻现象，可推断该处为断层富水区。

2.3  综合物探技术应用结果分析

结合以上两种地质勘探技术的勘测结果进行综合分析论证，可以得出以下结论：在该矿井区地下存在多处断点以及一个陷落柱，另外存在6个富水区。根据断点的分布特点可以进一步将该矿山勘探区域分为8个组合断层，按照以上勘探结果可以相应的推断出富水区的具体位置以及断层情况。为了更加准确的进行水文勘探，可在以上勘探技术的基础上进行进一步钻孔勘探，得出更详细的数据资料后，将其同现有的分析结果进行对比，从而对本次勘探结果的可靠性和合理性进行验证。

3  结束语

通过对以上两种物探技术的应用分析，掌握技术的应用手段和方法，从而更好地指导矿山水文地质勘探工作的开展。在实际的勘探工作中由于单一的物探技术往往无法全面的反映矿山水文地质情况，因此要综合多种物探技术方法，既能提高矿山水文地质勘探效率和勘探质量，还能对某种物探技术方法下的结果进行验证，确保勘探数据的精准性。

参考文献：

[1] 郝彬彬，王春红.综合物探技术在矿山水文地质勘探中的应用[J].煤炭工程， 2017（3）：47-49.