瞬變電磁法在斷層富導水性探測中的應用研究

■韓沙沙 史偉杰 郭凱

（中煤地質工程總公司上海分公司上海200135）

瞬變電磁法在斷層富導水性探測中的應用研究

■韓沙沙 史偉杰 郭凱

（中煤地質工程總公司上海分公司上海200135）

富導水斷層的存在，使煤層和上下含水層形成了水力聯(lián)系，嚴重影響著煤礦的生產(chǎn)安全。瞬變電磁法是近年來被廣泛應用于煤礦水文地質勘查的勘探技術，越來越多地被應用于煤礦水害及富水斷層的勘查。本文分析并總結了富導水斷層在視電阻率剖面圖上的異常反應特征，再以研究區(qū)內幾條不同類型的斷層為例，證明依據(jù)視電阻率異常特征推斷的斷層富導水性較可靠。

瞬變電磁法斷層富導水性視電阻率剖面圖

0　引言

現(xiàn)階段，應用較廣也較可靠的探測斷層的物探方法主要有三維地震和瞬變電磁法。三維地震對斷層的平面位置、傾角和落差判斷較準確，但無法判斷斷層的富導水情況。而瞬變電磁法因其對低阻體反應靈敏的特性，在探測富導水斷層的位置和富導水性上取得了良好的應用效果［1］。

本文結合黑龍江省雞西市某煤礦斷層富導水性探測成果，重點研究了瞬變電磁法在斷層富導水性探測中的應用，總結了富導水斷層在視電阻率剖面圖中的異常反應特征。

1　瞬變電磁法

瞬變電磁法是一種時間域電磁法，它以地下巖礦石的導電性導磁性差異為應用前提，根據(jù)電磁感應原理觀測，研究電磁場在時間和空間上的分布規(guī)律，以尋找地下良導性礦體或解決有關地質問題的一種地球物理勘查方法［2］。

2　研究區(qū)地質概況

研究區(qū)位于黑龍江省雞西市，地面標高+190m～+300m。主要地層從老到新有：元古界麻山群、中生界白堊系城子河組和穆棱組、中生界東山組和猴石溝組以及新生界第四系。研究區(qū)斷層多以高角度正斷層出現(xiàn)，未知的斷層富導水情況對采煤工作、采掘工程設計造成很大的影響。

3　富、導水斷層的視電阻率異常特征

地層的錯斷，造成了同一地層的不連續(xù)，表現(xiàn)在視電阻率剖面圖上為橫向上的視電阻率等值線不連續(xù)、在斷層位置等值線扭曲嚴重、在斷層兩側同一等值線存在一定落差等特征，這是判斷斷層斷點的理論基礎。

對于上下地層巖性差異大且落差較大的斷層，由于層位錯斷，不同電性層相互銜接，表現(xiàn)在視電阻率剖面圖上的特征為斷層所在的位置視電阻率等值線扭曲，上下層電性差異越明顯，落差越大則越明顯。而對于富水斷層，斷層位置處的視電阻率值會明顯小于周圍不富水地層，反映在剖面圖上的特征為斷層位置及其附近區(qū)域視電阻率值較低，視電阻率等值線順著斷層傾向向低值扭曲。

根據(jù)一般地質規(guī)律，斷層形成地質時間越新，膠結狀況越差，斷層導水性越好；張性斷層的導水性要好于扭性斷層，好于壓性斷層；斷層兩盤為脆性巖石導水性好于塑性巖石；斷層帶填充物越疏松導水性越好。所以對于導水斷層，斷層帶填充物一般較為疏松，膠結差，如果不富水，斷層位置的電阻率值將略高于圍巖，如果富水，將形成導水通道，其電阻率值將明顯低于圍巖。

在導水斷層位置，如果斷層上端地層富水，則水會順著斷層下流，使斷層位置形成上下連通的低阻通道。如果斷層下端地層孔隙度較大，還會形成一定規(guī)模的富水區(qū)。同理，如果下層地層富水，受水壓作用，下層地層中的水會通過導水斷層補給上層地層。瞬變電磁法對于斷層導水性的判斷主要取決于其是否形成了導水通道，是否對相鄰兩個連續(xù)的富水區(qū)域形成了阻斷。如果斷層位置及其周圍地層均不富水，即便斷層是導水斷層，也會產(chǎn)生“無水可導”的現(xiàn)象，在剖面上斷層將與圍巖的視電阻率特征相近，也就無法判斷其是否形成了導水通道，是否阻斷了兩側地層的水力聯(lián)系，所以對于不富水斷層，瞬變電磁法無法判斷其導水性。對于富水且導水斷層，導水斷層往往成為了“儲水容器”，其視電阻率值將明顯低于圍巖，低阻異常區(qū)以斷層為中心向四周擴展，并順著斷層傾向向深層延伸。對于富水卻不導水斷層，斷層整體位于富水區(qū)，但由于斷層帶膠結好，阻水性能好，阻隔了兩側富水區(qū)的水力聯(lián)系，而斷層帶本身孔隙度小，富水性差，其視電阻率值反而較圍巖高。

4　實例分析

4.1富水且導水斷層

圖1為J2線視電阻率剖面圖，圖中包含F(xiàn)7、F10和F11三條斷層。

F10斷層為正斷層，落差45m～75m。圖中F10斷層整體位于低阻異常區(qū)內，且低阻異常區(qū)以斷層為中心向四周擴展，表明F10斷層富水性較強。F10斷層位置視電阻率低值等值線順著斷層方向向深層延伸，上層富水區(qū)的水順著斷層向下導通，使上層富水區(qū)與下層地層形成了水力聯(lián)系，表明F10斷層為導水斷層。據(jù)礦方井下掘進資料，F(xiàn)10斷層兩盤伴生節(jié)理發(fā)育，有長淋水帶，為富水斷層，并可能為導水斷層，與推斷相符。

4.2富水卻不導水斷層

F7斷層為正斷層，落差30m～40m。圖3中F7斷層位置視電阻率等值線扭曲嚴重，相比圍巖其呈現(xiàn)相對高阻。而斷層兩側則表現(xiàn)為低阻異常，表明兩側圍巖富水性較強，富水圍巖將斷層整體包圍于富水區(qū)內。因不導水斷層的填充物較為致密，膠結好，富水性差，斷層位置的視電阻率值反而較高。推斷該斷層為富水斷層。

圖中，由于9煤到穆棱組底界之間穆棱組含水層的存在，我們還可清晰辨明F7斷層錯斷了穆棱組含水層，阻隔了兩側含水層的水力聯(lián)系。而在斷層上盤位置，富水區(qū)面積較下盤位置大，且向深層延伸。根據(jù)斷層的一般地質規(guī)律，斷層上盤較下盤旁側裂隙發(fā)育、巖層破碎程度高，恰恰因斷層的阻隔作用，斷層兩側的水無法相互流動，斷層下盤位置反而成為了“儲水場所”。

綜合分析，認為F7斷層為富水但不導水斷層。

5　結論

本文通過對研究區(qū)不同類型斷層的實例分析，研究了瞬變電磁

法在探測斷層富導水方面的應用，得出以下結論：

（1）采用瞬變電磁法探測斷層富、導水性異常特征明顯，效果較好。

（2）對于不富水斷層，在視電阻率剖面圖中，斷層位置等值線扭曲嚴重，層位錯斷明顯，斷點清晰可辨，斷層落差越大異常越明顯，但導水性較難判斷。

（3）對于富水且導水斷層，在視電阻率剖面圖中，斷層位置低阻異常明顯，低阻異常區(qū)以斷層為中心向四周擴散并向深層延伸，斷層成為導水通道使上下層地層存在水力聯(lián)系。

（4）對于富水但不導水斷層，在視電阻率剖面圖中，斷層圍巖低阻特征明顯，斷層整體位于富水區(qū)內，但斷層位置處視電阻率往往呈現(xiàn)相對高阻，斷層阻隔了兩側地層的水力聯(lián)系。

［1］劉最亮，王鶴宇．大定源瞬變電磁法在含水斷層構造探測中的應用 ［J］，煤田地質與勘探，2012，40：67-70

［2］牛之璉編著.時間域電磁法原理 ［M］.長沙：中南大學出版社，2007；1-6.

［3］韓沙沙，郭凱．黑龍江龍煤礦業(yè)集團股份有限公司雞西分公司某煤礦水文地質補充勘探地面物探報告

P632［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-301-2

韓沙沙（1989～），男，2012年畢業(yè)于山東科技大學地球物理學專業(yè)，本科，助理工程師，研究方向為電法方面的地質勘探。