淺談在礦山水文地質(zhì)勘探中應(yīng)用綜合物探技術(shù)

杜飛 河南能源化工集團(tuán)焦煤公司趙固一礦

探明煤礦井下水源、水通道、水量等地質(zhì)信息一直都是煤礦生產(chǎn)安全管理的重點(diǎn)，但是考慮到礦井水文地質(zhì)的特殊性、區(qū)域性、隱蔽性，在勘探時(shí)很難通過一般途徑來完成，在這樣的背景下，綜合物探技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其可以對礦井水文地質(zhì)情況進(jìn)行有效勘探，而且不同的物探手段可以彼此互補(bǔ)，提高勘探準(zhǔn)確度。

一、礦井情況概述

該礦地理位置處于丘陵地帶，地勢起伏相對比較明顯，整體呈現(xiàn)西南低東北高。礦井包括兩組含煤的地層，產(chǎn)狀比較穩(wěn)定，均厚為6.24m。通過對地質(zhì)勘探資料研究得出，礦井內(nèi)斷層裂隙比較多，也比較發(fā)育，極大方便了地下水的富集和轉(zhuǎn)移。該礦區(qū)有裂隙水、巖溶水以及孔隙水三種類型的地下水。在這里，對煤礦開采影響最為嚴(yán)重的地下水就是巖溶水，并且這也是此次水文地質(zhì)勘探主要研究對象。通過對該礦的實(shí)際情況進(jìn)行而分析得出，對該礦水文地質(zhì)條件勘探采取的是地震勘探以及瞬變電磁法這兩種方式。

二、綜合物探具體方法

（一）瞬變電磁勘探法

第一，原理。該方法從本質(zhì)上來說是時(shí)間域電磁法，主要原理就是把脈沖電流通入接地導(dǎo)線，或者是把脈沖電流通入不接地回線，以此作為場源，通過這樣的方式激勵(lì)探測目標(biāo)，然后感生二次電流，再通過二次場時(shí)間差異，來探明目標(biāo)物具體情況。相比其它的電法勘探技術(shù)來說，瞬變電磁勘探法優(yōu)勢比較顯著，比如傳統(tǒng)性好、分層能力強(qiáng)、體積效應(yīng)小、形態(tài)簡單等，與此同時(shí)能夠同步搞定剖面的測深和測量工作。

第二，資料解釋。礦井自身構(gòu)造地質(zhì)的電阻率通常和周邊介質(zhì)是不一樣的，周圍巖層電阻率往往要比寒武系灰?guī)r電阻率以及煤系電阻率和比要低，內(nèi)部破碎物的特性也有很大不同，比如富水性、透水性等，一般砂巖、灰?guī)r地層中的斷層破碎帶具有較低的電阻率，并且富水性不錯(cuò)，但是砂質(zhì)泥巖和泥巖電阻率、富水性的情況正好與之不同，因此，瞬變電磁法正好可以借此來勘測地層含水層富水性以及地層裂隙。

第三，施工方法。該礦瞬變電磁勘探時(shí)設(shè)置八條勘測線、六條加密線、五條主測線。施工未開始時(shí)，要先對相關(guān)的儀器設(shè)備記性實(shí)驗(yàn)測試，在確保足夠準(zhǔn)確的情況下投入使用。通過實(shí)驗(yàn)可以看出，瞬變電磁法發(fā)射線框規(guī)格為600×600m，使用的是大定源回線裝置發(fā)射頻率為25HZ，發(fā)射電流為7A，中頻瞬變電磁接收圈作為接收線圈。

（二）地震勘探法

第一，原理分析。地震勘探分為三個(gè)環(huán)節(jié)，首先是外部資料采集，其次是室內(nèi)資料處理，再次是室內(nèi)資料解釋。在地表通過人工的方式來激發(fā)地震波，其會(huì)不斷向地下傳播，在遇到區(qū)域和地層不一樣時(shí)，地震波表現(xiàn)出來的折射和發(fā)射也是不一樣的，借助地表檢波器對返回的地震波進(jìn)行接收，然后根據(jù)檢波器位置、震源特性來對礦井內(nèi)部地質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析，尤其是準(zhǔn)確的對水文地質(zhì)情況進(jìn)行細(xì)致了解。

第二，資料解釋。該礦主采煤層頂板和底板巖層巖性為砂質(zhì)泥巖和泥巖，煤層阻抗不同于周邊巖層阻抗，其反射要強(qiáng)于砂質(zhì)泥巖和泥巖，反射波強(qiáng)度可以達(dá)到2T。因此，地震勘探可以追蹤對比反射波，分析其特性，比如相位、連續(xù)性、強(qiáng)度等。除此之外，通過地震勘探斷點(diǎn)判定的依據(jù)，了解斷面特性，判別煤層產(chǎn)狀。

第三，施工方法。根據(jù)該礦的特征，同時(shí)從實(shí)際出發(fā)，在井田范圍內(nèi)一共布設(shè)了十一條地震勘測線，這當(dāng)中包括了與其垂直的六條聯(lián)絡(luò)測線，五條主測線，測線間距為200m。通過四規(guī)格都一樣的60HZ檢波器來對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，其中，兩串是并聯(lián)關(guān)系，另外兩串是串聯(lián)關(guān)系，共有96道數(shù)據(jù)觀測系統(tǒng)接收道，道間距為5m，炮間距為10m。采取中間不對稱的方式進(jìn)行信號激發(fā)，并且區(qū)域不一樣，激發(fā)方式也有所不同，這里主要有可控震源激發(fā)以及井炮震源激發(fā)兩種。

三、工程勘探結(jié)果分析

（一）地震勘探結(jié)果

圖1 DZ04線地震時(shí)間剖面解釋結(jié)果

追蹤地震反射波能夠看出，波組特征最突出的地方是西部測線DZ04，追蹤對比西部測線DZ04，并且對各個(gè)測點(diǎn)采取交點(diǎn)閉合處理操作，具體見圖1。通過圖1我們了解到，主采煤層具有連續(xù)性良好的反射波，且波組特征較為突出。樁號420-450之間波組有顯著波動(dòng)，但是有部分波段缺失，同時(shí)該區(qū)域周邊有零散波組分散，由此可以推測出零亂波組段是陷落柱區(qū)域。而是830、750、630均有波組錯(cuò)動(dòng)扭曲情況，根據(jù)相關(guān)資料推測是F1、F2、F3斷層。

（二）瞬變電磁勘探結(jié)果

瞬變電磁勘測結(jié)果結(jié)合地震剖面重合的TEM04勘探線分析，具體視電阻率見圖2。根據(jù)圖2可以看出，地面標(biāo)高大于60m的電阻率，其分布呈均勻狀態(tài)，等值線分布為中-低-中-低的特點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)資料推測類似的特征屬于丘陵地帶煤系地層。但受到斷層構(gòu)造的影響，在橫向上視電阻率呈均勻性波動(dòng)。在橫向上地面標(biāo)高低于60m的電阻率相對均勻，這符合灰?guī)r特征。標(biāo)高在0m水平，電阻率在樁號420-520附近不正常，推測為陷落柱構(gòu)造。標(biāo)高在60-100m，電阻率等值線在樁號630、750、830附近扭曲變形，且出現(xiàn)低阻異常的情況，推測為斷層富水區(qū)。

圖2 視電阻率斷面圖

（三）綜合物探結(jié)果解釋

在本次勘探范圍內(nèi)，共計(jì)探測出24個(gè)斷點(diǎn)、7塊富水區(qū)、1個(gè)陷落柱，斷點(diǎn)幾乎涵蓋了全部勘探區(qū)域，對全部解釋斷點(diǎn)組合分布，同時(shí)為八條組合斷層，對斷層富水性、勘探區(qū)地層富水性進(jìn)行探測。根據(jù)勘探得出，承壓含水層分布在寒武系統(tǒng)灰?guī)r中，不僅水量大，而且分布范圍也大，主要集中在F5以及F3斷層北邊，交匯處的巖溶水水量比較大，此外，斷層帶的裂隙相對比較發(fā)育，且斷層巖層也十分破碎，不論是上含水層，還是下含水層，兩者都有導(dǎo)通的痕跡。礦井內(nèi)一主要陷落柱分布在DZ04線樁號420-520處。其富水性比較強(qiáng)，不僅如此，內(nèi)部斷層西部和北部還有面積較大的中等富水區(qū)，其水源為太原組灰?guī)r巖溶水。

以物探勘探結(jié)果為條件，鉆孔勘探重點(diǎn)區(qū)域，主要打設(shè)兩處鉆孔，在太原組灰?guī)r布設(shè)鉆孔SZ1，在斷層破碎帶布設(shè)鉆孔SZ2，鉆孔SZ2和斷層破碎帶打通，其厚度約為50m，對各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析得出，不管鉆孔勘探還是物探，結(jié)果是一致的，由此可見，在該礦井中采取綜合物探技術(shù)是科學(xué)合理的。

四、結(jié)束語

總之，對已知信息點(diǎn)和勘探基地確定后，要對靶區(qū)水文地質(zhì)信息進(jìn)行綜合考慮，選擇合適的綜合物探方法來提高物探結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。該礦屬于丘陵地帶，黃土蓋層厚，含水量和地勢起伏大，并且地層構(gòu)造發(fā)育也大，通過瞬變電磁法和地震勘探這兩種方法獲取勘測區(qū)具體相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合鉆探施工也看出了綜合物探技術(shù)準(zhǔn)確、有效。