王文軍

(霍州煤電集團霍寶干河煤礦)

對干河井田北邊界斷層產狀及導水性的研究

王文軍①

(霍州煤電集團霍寶干河煤礦)

以干河井田北邊界斷層探測工程為例,介紹了地面瞬變電磁法在探查斷層位置、產狀及含(導)水性方面的應用。依據TEM多測道剖面圖曲線反映雙峰異常及高阻異常特征組合、等視擬斷面圖等視變化規(guī)律及異常特點等來確定斷層的位置、產狀及導水性,其地質效果顯著,是一種行之有效的地質勘探手段。

瞬變電磁法;雙峰異常;低阻異常;斷層;產狀;位置;導水性;研究

下團柏斷層(斷距350 m)及其派生的F1斷層(斷距170 m)為干河井田北邊界斷層,下團柏斷層及F1斷層在地表僅局部出露,大部分地段隱伏在第三、四系松散沉積層下,有少量鉆孔控制。斷層下盤奧灰含水層埋藏淺(100 m),含水豐富。斷層上盤(干河井田位于斷層上盤)奧灰含水層埋藏深(500 m),上盤煤系地層直接與下盤奧灰含水層對接。斷層的平面位置、產狀及其含(導)水性直接控制著干河井田的水文地質條件。選用地面瞬變電磁法查明了下團柏斷層及F1斷層的平面位置、產狀及其含(導)水性,取得了較好的效果。

1 瞬變電磁法的原理及斷層控制的優(yōu)勢

不同的巖層具有不同的電阻率,電法勘探就是通過測定地下不同地點、不同深度的電阻率的差異來達到尋找目標地質體的目的。瞬變電磁法(TEM)屬于時間域電磁感應法,它利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖場,在一次脈沖場間歇期間利用回線或電偶極接收感應二次場,該二次場是由地下良導地質體受激勵引起的渦流所產生的非穩(wěn)電磁場,通過觀測隨時間變化的二次場信號的變化,就可以判斷出地下地層的電性變化及不均勻地質體的分布情況。

勘查區(qū)石炭二疊系含煤地層,基底為強富水的奧陶系石灰?guī)r。由于構造運動的影響,煤田內落差較大的斷層附近,可采煤層與斷層上升盤的奧陶系石灰?guī)r直接接觸,致使奧陶系石灰?guī)r的承壓水得以通過斷層與煤層頂底板含水層產生水力聯(lián)系。因而,在煤礦生產中,調查落差較大斷層的含(導)水性是一項重要的水文地質工作內容。在這方面,瞬變電磁測量(TEM)具有一定優(yōu)勢,它不僅可有效地控制斷層的空間位置,而且還能定性地判斷斷層帶的相對富水性,在解決陷落柱、老窯積水等煤礦水害中取得較好的應用效果。同時根據斷層的地球物理特征:理論上講,干燥的巖石的電阻率為無窮大,但實際上巖石孔隙、裂隙總是含水的,并且隨著巖石的濕度或者含水飽和度的增加,電阻率急劇下降,即賦水性的不均勻程度在瞬變電磁圖件上反映為電阻率的高低變化。當巖層完整時其電阻率較高,受構造運動或地下水作用及陷落柱的影響,使得部分地段巖層破碎或裂隙發(fā)育,破碎程度及其含水的飽和度越大(砂巖、灰?guī)r富水性增強),巖石的導電性會顯著增強,地層電阻率會明顯降低,斷面圖上會有明顯的低阻異常反映。

2 瞬變電磁法的布置及原則

根據地球物理勘探專項設計的要求,勘探區(qū)內瞬變電磁勘探要完成工程點1 000個,測網布置成點距20 m線距400～500 m(即網度20 m×400 m)進行控制,本次瞬變電磁測量的斷層位置,已用勘探及地面調查方法作了初步控制。通過在勘探區(qū)野外實地踏勘,勘探區(qū)內有多條“V”字型狹窄沖溝和多條高壓線,考慮盡量避開溝坡及高壓線影響,測線布控在400～500 m之間。根據初步控制成果,沿斷層走向選擇進行跨斷層布線測量,北邊界斷層完成測線14條;編號為b1～b14,完成設計控制北邊界斷層要求。

3 瞬變電磁法對斷層的控制

TEM對斷層的控制,主要是依據TEM多測道剖面圖,利用曲線反映雙峰異常及高阻異常特征組合,來確定斷層斷點位置,利用TEM資料處理程序計算視電阻率,在通過反正演處理獲得視深度,由視電阻率及視深度匯成等視擬斷面圖。在擬斷面圖上分析等視變化規(guī)律及異常特點,過斷點連接等視變化點及異常點成直線做為斷層的傾向線,在等視擬斷面圖上將傾向線與水平線的夾角做為該斷層的傾角。在確定斷層傾向與傾角時要考慮斷層帶附近富水對曲線的影響因素,因為TEM對地下水的反映異常明顯。

在井田北部邊界下團柏斷層和F1斷層的14條控制測線中,不同程度地勘測到了下團柏斷層和F1斷層,在TEM多道剖面圖上有明顯的斷層反映。

在理想布點情況下,當測點正落在斷點上時,V2響應值會有明顯的低異常特征,同時兩邊測點有高異常,形成雙峰異常特點,但是在實際測量中,測點布控與斷點位置是隨機的,所以使得個別斷點的雙峰異常不盡理想。在分析解釋時要注意,同時要注意地質條件和富水情況。下面結合b10測線(井田北部邊界下團柏、F1斷層)TEM多道剖面見圖1,進行分析,下團柏斷層的斷點在b10測線的33號點位置,從圖1可以看出在33號點后有明顯的高低起伏的異常反應,下團柏斷層的斷點特點V2響應值高幅值相對寬和大,在b10測線的24號點是F1斷層的斷點位置。

圖1 TEMb10線多道剖面示意圖

下面對測線等視電阻率擬斷面圖舉例解釋說明:

TEMb9線等視電阻率擬斷面圖見圖2,從圖2可以明顯的看出下團柏斷層上、下盤等視電阻率曲線有明顯的不連續(xù)現(xiàn)象,這是斷層引起的現(xiàn)象,這也是斷層位置。圖2中構造線是過TEM多道剖面確定的斷點與等視曲線突變位置而連成的。特別是下團柏斷層,沿下團柏斷層帶深部奧灰地層段,低阻異常明顯突出,說明下團柏斷層在此段充水、導通。F1斷層上下盤地層低阻異常不明顯,個別層段下盤地層相對有低阻異常反應,更說明F1斷層在此剖面上,是以阻水為主。

圖2 TEMb9線等視擬斷面圖

TEMb10線等視電阻率擬斷面圖見圖3,從圖3可以明顯看出,下團柏斷層兩盤等視電阻率曲線也有明顯的不連續(xù)現(xiàn)象,但是下團柏斷層帶低阻異常與b9線剖面相比相對較弱,說明下團柏斷層在此段充、導水都相對弱。同時說明下團柏斷層充、導水性是不均一。F1斷層上下盤地層低阻異常不明顯,個別層段下盤地層也相對有低阻異常反應,也說明F1斷層在此剖面上,是以阻水為主。特別是在奧灰峰峰組地層以上段,阻水更明顯。

圖3 TEMb10線等視擬斷面圖

圖3中間等值線急劇下降部位為被調查斷層的位置。由于斷層下降盤煤系地層較厚,其電阻率與斷層破碎帶差異不大,故斷層破碎帶反映的低阻特征不夠明顯。在等值線右高左低的總體趨勢上,分布有多處等值線向下彎曲的低阻異常。這些低阻異常,在斷層上升盤奧陶系灰?guī)r中為富水巖溶裂隙的反映,而在斷層下降盤的煤系地層中則由含水裂隙引起。

TEMb5線等視電阻率擬斷面圖見圖4,由圖4可以看出,b5測線下團柏斷層,等值線總體特征呈右低左高的趨勢,特別是淺部呈右低左高的趨勢,認為是采空區(qū)積水所致。

圖4 TEMb5線等視電阻率擬斷面圖

4 TEM在斷層帶反映的物性特征

1)由于構造運動因素使得地層在剖面上,發(fā)生上下位移現(xiàn)象,特別是在勘探區(qū)內上部為石炭、二疊系含煤地層,基底為強富水的奧陶系石灰?guī)r,石炭、二疊系含煤地層電阻率與奧陶系石灰?guī)r地層電阻率差異較大,石炭、二疊系含煤地層電阻率在幾百Ω·m,而奧陶系純石灰?guī)r地層電阻率在幾千Ω·m,相差一個數量級。

2)斷層破碎帶相對正常地層較破碎,電阻率會相對降低,特別是在斷層破碎帶充水的情況下,電阻率相對降低更明顯。

3)斷層上、下盤地層相對富水性的強弱,會加大和降低第一種條件的斷層上、下盤地層電阻率差異,是判斷斷層是否導、阻水的特征之一。

Research on Occurrence and Hydraulic Conductivity to North Boundary Fault of G anhe Field

Wang Wen-jun

Takes survey project of north boundary fault of Ganhe field as an example,introduces the applications of the ground transient electromagnetic method in the exploration the fault location and occurrence, hydraulic conductivity.Based on TEM multichannel section plan curve reflects the unusual bimodal and the high-resistance unusual characteristic combination,the isometric change regularity of isometric pseudosection map and the unusual characteristic and so on determines the position,the occurrence and hydraulic conductivity of the fault,its geological effect is remarkable,it is an effective means of geological exploration.

Transient electromagnetic method;Unusual bimodal;Anomaly low-resistance;Fault;Occurrence;Position;Hydraulic conductivity;Research

book=1,ebook=46

TD171

B

1672-0652(2010)01-0042-03

2009-12-14

王文軍 男 1968年出生 1990年畢業(yè)于山西礦業(yè)學院 工程師 霍州 031400