瞬變電磁法在煤礦應(yīng)用中的研究

■崔迎龍　黃新宇　王志勇（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘察中心吉林總隊(duì)吉林長春130033）

瞬變電磁法在煤礦應(yīng)用中的研究

■崔迎龍黃新宇王志勇
（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘察中心吉林總隊(duì)吉林長春130033）

本文以吉林省敦化市大山咀北部煤礦為例，對(duì)地下煤層火區(qū)、煤層風(fēng)氧化帶以及采空區(qū)可形成電性差異為基礎(chǔ),根據(jù)瞬變電磁法具有穿透高阻層能力強(qiáng)及隨機(jī)干擾影響小,受地形影響小的特點(diǎn),討論了應(yīng)用瞬變電磁法對(duì)其進(jìn)行探測(cè)的可行性。

瞬變電磁法煤礦應(yīng)用

1　工程概況

勘查區(qū)域位于吉林省敦化市大山咀北部煤礦普查探礦權(quán)區(qū)塊，總面積345.16km2。因該區(qū)多被第四系、第三系玄武巖覆蓋的特點(diǎn)，對(duì)于地震勘探法來說，由于致密塊狀玄武巖對(duì)地震波產(chǎn)生屏蔽作用，無法取全、取準(zhǔn)地震資料，因此不易開展地震勘探法工作。最終經(jīng)結(jié)合前人鉆孔資料，本地區(qū)煤層深度大約600m—800m，對(duì)于該深度的含煤層，建議物探勘查技術(shù)方法應(yīng)采用瞬變電磁法測(cè)量，對(duì)找煤效果會(huì)更佳。因此，對(duì)該區(qū)煤礦進(jìn)行瞬變電磁法測(cè)量。

2　方法原理

瞬變電磁法以巖石的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，利用不接地回線向地下發(fā)送一次磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間，通過測(cè)量線圈觀測(cè)二次渦流磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而了解地下介質(zhì)的電性變化情況的方法。本次勘探主要目的和任務(wù)是通過采用瞬變電磁法揭露玄武巖蓋層下的含煤巖系的埋深及分布特征。

3　地質(zhì)與地球物理?xiàng)l件

3.1地質(zhì)特征

勘查區(qū)內(nèi)出露地層有中元古代塔東巖群之拉拉溝巖組(Pt2l.)、朱敦店巖組（Pt2z.)等。該區(qū)侵入巖不發(fā)育，僅在勘查區(qū)東北角塔拉河河谷出露有志留紀(jì)扶育站序列大干泡單元中粒角閃石花崗閃長巖。

3.2地球物理?xiàng)l件

區(qū)域煤礦密布,有公路相連,交通方便。煤礦多賦存在第四紀(jì)覆蓋層下的二疊系和石炭系,地層平緩,含煤豐富,煤層厚、煤質(zhì)好,與圍巖有明顯的電性差異,是進(jìn)行電法勘探的物性基礎(chǔ)。

4　參數(shù)及儀器選取

本次施工選用加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8網(wǎng)絡(luò)化多功能電法儀，它是一種智能化程度較高的便攜式探測(cè)儀，抗干擾能力強(qiáng)，操作簡便靈活。該儀器的指標(biāo)為：輸入阻抗：大于100M?；補(bǔ)償誤差：小于萬分之1.2，分辨率：1uV；功率：1400w；最大輸出電流：40A，最大供電電壓：144V。

5　數(shù)據(jù)處理方法及結(jié)果

數(shù)據(jù)處理方法：

對(duì)于瞬變電磁法來講，不同的電性地層，其勘探深度會(huì)不同，因而必須進(jìn)行試驗(yàn)確定有關(guān)參數(shù)。試驗(yàn)工作發(fā)射系統(tǒng)采用TXU-30發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行控制，在DS-11鉆孔附近進(jìn)行TXU-30發(fā)射系統(tǒng)400m×1090m發(fā)射框，5hz發(fā)射頻率的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖1：

圖1　TXU30發(fā)射系統(tǒng)400m×1090m發(fā)射框、5Hz發(fā)射頻率數(shù)據(jù)反演圖

由圖1可見，400m×1090m發(fā)射框，發(fā)射頻率為5hz的TXU-30發(fā)射系統(tǒng)能夠達(dá)到勘探目的，因此在結(jié)合施工相對(duì)便利的條件下選用這套發(fā)射系統(tǒng)及參數(shù)。如果實(shí)際勘探中，某些地段煤層深度變大，可以選用頻率為1Hz的發(fā)射系統(tǒng)輔助底部勘探。按取得的試驗(yàn)成果進(jìn)行分析，此次瞬變電磁法施工采用TXU30發(fā)射系統(tǒng)400m×1090m發(fā)射框5Hz發(fā)射頻率的裝置系數(shù)。

如果想把野外采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為物探成果，還要經(jīng)過一系列的處理、計(jì)算、分析與解釋。瞬變電磁法野外采集的數(shù)據(jù)含有發(fā)射線框、發(fā)射電流、接收線圈、增益、疊加次數(shù)等因素的影響，必須進(jìn)行歸一化處理。（1）視電阻率計(jì)算。一般采用如下公式轉(zhuǎn)換為視電阻率曲線。

式中μ0=4π×10-7H/M，ST為發(fā)送回線面積，SR為接收線圈面積，t為測(cè)道時(shí)間，V(t)/I為歸一化電動(dòng)勢(shì)，是瞬變值。以上單位均采用國際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位。瞬變電磁法的解釋工作遵循從已知到未知、從簡單到復(fù)雜，從點(diǎn)到線、從線到面的原則。深度（厚度）、電阻率的初始模型結(jié)合測(cè)區(qū)以知的資料給出。整個(gè)測(cè)區(qū)深度、電性通過博斯蒂克反演得到。（2）博斯蒂克反演。這是一種較粗略又很實(shí)用的反演方法，可作為定量解釋。對(duì)于TEM法時(shí)間-視電阻率曲線和同點(diǎn)觀測(cè)的MT視電阻率曲線，有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過程序轉(zhuǎn)化，就可借助博斯蒂克反演來生成視電阻率關(guān)于深度和測(cè)線長度的DAT文件。（3）作圖。根據(jù)不同巖性地電特征的差異使用由暖到冷的色階填充等值線區(qū)域，然后將surfer圖件轉(zhuǎn)換成Mapgis圖件。

6　數(shù)據(jù)結(jié)果分析

6.1剖面圖解譯

圖2　大山咀北部煤礦瞬變電磁法綜合剖面圖

依據(jù)瞬變電磁法所測(cè)高阻界面，劃分出玄武巖與沉積巖界面作為玄武巖底板，結(jié)合地形高程數(shù)據(jù)，在不計(jì)較第四系松散堆積物厚度的情況下，計(jì)算出玄武巖厚度，再利用軟件成玄武巖等厚度圖，從圖2中可見，在圖的中下部和西南部玄武巖厚度較大達(dá)到500m以上，向東北變薄，直至尖滅，普遍厚度約300m—500m。由第四系南坪組玄武巖、軍艦山組玄武巖組成。因而視電阻率變化范圍較大。同時(shí)，利用圖2和大山咀北部煤礦瞬變電磁法玄武巖厚度等值線圖所求得的基底高程數(shù)據(jù)與玄武巖底板高程數(shù)據(jù)的差值，從視電阻率角度，就是低阻部分，求出含煤巖系厚度數(shù)據(jù)，繪制含煤巖系厚度等值線，構(gòu)成含煤巖系等厚度圖。從大山咀北部煤礦瞬變電磁法含煤巖系厚度等值線圖中可見，從北西到南東含煤巖系厚度逐漸增大，最大厚度可達(dá)900m。含煤巖系基本上是琿春組，其上部也有小部分土門子組劣質(zhì)煤地層。瞬變電磁法對(duì)低阻敏感，但分層能力較差，對(duì)具體煤層劃分不太清楚，只能用視電阻率整體變化來判斷含煤巖系的厚度。

6.2構(gòu)造解釋

從瞬變電磁法所測(cè)得的數(shù)據(jù)反演結(jié)果，亦從斷面圖的分析結(jié)果上看，各線電阻率斷面上均有不同程度的疑似斷裂反映、顯示，尤其在盆地邊緣位置的測(cè)線上，呈臺(tái)階狀間斷的特征表現(xiàn)，可能為斷裂反映。

6.3鉆孔解釋

據(jù)瞬變電磁法剖面解釋成果，在剖面12線4450m處ZK1201號(hào)設(shè)計(jì)ZK1201；在剖面11線5550m處設(shè)計(jì)ZK1101孔位。通過分析可知兩個(gè)孔位的實(shí)際鉆探資料與瞬變電磁法反演成果基本吻合。由圖3可知ZK1201號(hào)孔位在深度788.2m（標(biāo)高-340m）處見煤，符合物探解譯的含煤巖系分布范圍；由圖4可知ZK1101號(hào)孔位在深度1198m（標(biāo)高-780m）處見煤，符合物探解譯的含煤巖系分布范圍。

總之，通過此次物探工作，證明了瞬變電磁法在玄武巖蓋層較厚地區(qū)找煤適用有效，通過鉆孔資料對(duì)比，劃分了本工區(qū)玄武巖層、含煤巖系地層及基底深度，對(duì)電阻率反演剖面圖進(jìn)行了詳細(xì)解釋，對(duì)斷裂褶皺構(gòu)造進(jìn)行了分析，對(duì)低阻異常結(jié)合鉆孔資料對(duì)比分析，判斷了含煤巖系的厚度、埋深、分布情況，基本上達(dá)到勘探目的。

圖3　大山咀北部煤礦瞬變電磁法12線鉆孔對(duì)比圖

圖4　大山咀北部煤礦瞬變電磁法11線鉆孔對(duì)比圖

7　結(jié)束語

本文通過對(duì)吉林省敦化市大山咀一帶進(jìn)行物探勘查，可知瞬變電磁法在勘查區(qū)的獲得了明顯的異常，并且測(cè)出的視電阻率能夠基本反映地質(zhì)上的巖性和地層構(gòu)造，能夠大致反映出含煤巖系埋深及分布范圍，這說明瞬變電磁法在該區(qū)行之有效，同時(shí)也能為為實(shí)際生產(chǎn)起到很好的指導(dǎo)作用。

[1]梁爽.瞬變電磁法探測(cè)煤礦水害應(yīng)用研究[D].長安大學(xué),2008.

[2]范亮,錢榮毅.瞬變電磁法在煤礦采空區(qū)的應(yīng)用研究[J].工程地球物理學(xué)報(bào), 2011,01:29-33.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-104-2