瞬变电磁法在何家塔煤矿水文探测中的应用

马邮国，刘旭东，李 萍，宋方舟，成 龙

（1.陕西韩城天久注浆勘探有限责任公司，陕西 韩城 715499；2.陕西地矿物化探队有限公司，陕西 西安 710043）

0 引 言

煤矿水害是制约矿井安全生产的主要因素之一。为了防治煤矿突水水害发生，在煤层开采之前查明煤层顶底板围岩的富水情况，以及断层、裂隙等导水构造的分布对煤矿开采十分重要。

瞬变电磁法（TEM）对低阻体敏感，近些年被广泛应用于探测煤矿富水异常区。本文研究区位于何家塔煤矿，通过采用瞬变电磁法对50106工作面上覆火烧区（4-2上煤层）进行探查，查明了富水异常区的分布范围，为煤矿安全生产提供了保障[1]。

1 煤矿水文地质

煤矿自新到老发育的含水层有河谷第四系（Q）冲积层孔隙潜水含水层、梁塬区中更新统黄土（Q2）孔隙裂隙潜水含水层、第三系上新统下段砂砾石（N21）弱含水层、侏罗系中统延安组砂岩（J2y）裂隙含水层组、侏罗系下统富县组砂岩（J1f）裂隙承压含水层、三叠系上统永坪组（T2y）砂岩裂隙承压含水层、烧变岩潜水含水层。

2 地球物理特征

工作区岩性主要有含水砂岩、泥岩、黏土、风积沙、砂质泥岩、4-2上煤、砂岩。工作区岩性电物性特征见表1。

从表1可以看出，不同岩层与含水岩层视电阻率差异非常明显。

表1 工作区岩性电物性特征统计Table 1 Statistics of lithologic and electrical properties in working area

3 施工方式与数据处理

3.1 施工方式

此次探测范围面积约为0.25 km2，布设网度20 m×20 m，测线方位角329°，测线54条，测点702个（图1）。使用仪器为HPTEM-18型高精度瞬变电磁系统，选用发射接收频率为6.25 Hz，叠加次数为200次的参数进行测量。

图1 瞬变电磁测量工作布置示意Fig.1 Arrangement of transient electromagnetic measurement

3.2 数据处理

瞬变电磁法观测数据是各测点各个测道的瞬变感应电压，通过滤波、时深转换、绘制参数图件等步骤，换算成视电阻率，视深度等参数，对资料进行下一步解释。

4 资料解释

根据每条测线的断面图，分析在该工区地质剖面上可能存在的异常，再对各含水层位的平面图可能存在的异常的分布规律进行解释，最后根据断面图和平面图结合已有的地质资料综合分析解释，确定水文地质异常分布范围。

4.1 断面分析

图2为1区156、160测线视电阻率拟断面图。从图2中可以看出156线4-2上煤标高处中部向北部电阻率变低，160线南部视电阻率相对较低，南部电阻率缓慢变高，156线的距离180~240 m处、160线的距离0~160 m处有明显低电阻率形态呈现，表明局部视电阻率低值是存在的。

图2 1区156、160测线视电阻率拟断面图Fig.2 Quasi-profile of apparent resistivity of No.156 and No.160 lines in No.1 area

图3为2区258、262测线视电阻率拟断面图。从图3中可以看出258线、262线4-2上煤标高处，距离140~200 m处有明显低电阻率形态呈现，表明局部视电阻率低值是存在的。

图3 2区258、262测线视电阻率拟断面图Fig.3 Quasi-profile of apparent resistivity of No.258 and No.262 lines in No.2 area

多个测线断面特征看出，4-2上煤标高处视电阻率特征与4-2上煤火烧区分布特征大致相似，局部有相对低阻值或相对高阻分布，在局部低阻分布范围表明其位置岩层视电阻率较小，可能为火烧区含水相对较富水范围。

4.2 平面分析

图4为1区4-2上煤标高1 090—1 095 m视电阻率等值线平面图。从图中看出，测区中部视电阻率呈现相对较低形态，测区西部、东部视电阻率呈现相对中低形态，由于火烧区存在较多的裂隙，致使含水地层水由地层向破碎区域汇集，造成低阻的电性特征。通过数据处理分析，1区共划分出低阻异常2个，均落于煤层火烧区范围，展布方向与煤层出露界线一致，编号为S1、S2。

图4 1区4-2上煤标高1 090—1 095 m视电阻率等值线平面图Fig.4 The plane of apparent resistivity isoline of elevation 1 090~1 095 m of No.4-2 upper coal in No.1 area

图5为2区4-2上煤标高1 085—1 090 m视电阻率等值线平面图。从图中看出，测区中部视电阻率呈现相对较高形态，测区北部、西部、东部视电阻率局部呈现相对较低形态，由于火烧区存在较多的裂隙，致使含水地层水由地层向破碎区域汇集，造成低阻的电性特征。通过数据处理分析，共划分出低阻异常5个，其中4个低阻异常处于煤层出露线附近的火烧区位置，一个低阻异常位于远离煤层出露线的未火烧范围，5个异常编号为S3、S4、S5、S6、S7。异常特征见表2。

图5 2区4-2上煤标高1 085—1 090 m视电阻率等值线平面图Fig.5 The plane of apparent resistivity isoline of elevation 1 085~1 090 m of No.4-2 upper coal in No.2 area

表2 瞬变电磁异常特征Table 2 Transient electromagnetic anomaly feature

5 结 论

（1）在研究区范围内共发现7处相对低阻富水性异常区，主要位于研究区1区中部，2区中东部，建议在煤矿生产时，对富水区域采取防治水措施，减少煤层开采时所带来的安全隐患。

（2）瞬变电磁法对低阻体敏感，是煤矿探测富水区的重要手段。

（3）由于瞬变电磁法有其多解性，所以在解释中应将物探结果与已知地质资料、水文地质资料结合起来综合分析，对物探资料去伪存真，取得更好的地质效果，提高解释成果的可靠度。