瞬变电磁法在地质勘探中的应用

瞬变电磁法在地质勘探中的应用姓名：杨帅班级：资工803 学号：20081338摘要:在地下水勘查工作中,用常规物探方法难以划分地层的结构、确定断裂构造的位置、查明基岩面的起伏形态及判断地下水的赋存状况。

通过瞬变电磁法(TEM)勘测并结合钻孔资料分析,对上述地质问题有了一些突破性的认识,证明了瞬变电磁法在勘查工作中的有效性。

当地下存在电性不均匀体时,通过瞬变电磁法会观测到电性不均匀体的涡流异常场,进而推断矿体、地下水、地质构造等地下盲体的存在和部位。

依据此特征成功地将瞬变电法在探测中进行了应用。

关键词:瞬变电磁法;视电阻率;等值线;地下水勘查0前言随着我国国民经济快速发展,对能源的需求日益增大。

煤炭是我国目前主要能源之一,在煤矿生产和建设中,地质构造直接影响煤矿生产安全生产和建设的重大灾害之一。

由于瞬变电磁法易于加大勘探深度,具有分辨能力强、工作效率高、受地形影响小等特点,近几年越来越受到人们的重视,被广泛用于油气田、地热、煤炭以及地下水勘查等领域。

可以借助被探测地质体所产生的瞬变效应来划分地层结构、确定地质构造的位置、查明基岩面的起伏形态及判断地下水的赋存状况。

1勘探区概况勘探区位于太行山西麓,沁水煤田东北部边缘中段,地表部分面积被黄土覆盖,仅在工区内有部分基岩出露,其它部分地段基岩出露。

根据周边出露及揭露地层由老到新有奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、第四系。

该区的电性特征:第四系多由黄色、红棕色、褐色亚粘土及砂土组成,不整合于各时代地层之上。

厚度不大,导电性能强,整个新生界松散层及地表强风化岩层从全区资料对比来看均呈相对中低阻反映。

二1煤层顶板大占砂岩裂隙较发育,含有裂隙水,是煤层顶板直接含水层。

采掘使煤层顶板岩层变形、破坏,形成冒落带、裂隙带和弯曲变形带。

区内顶板砂岩虽厚度大、且较稳定,裂隙亦较发育,但由于其上被多层砂质泥岩、泥岩隔水层所分割,补给和储存条件均较差,富水性弱。

因此煤层顶板砂岩孔隙裂隙水常以滴水、淋水的形式进入矿井,很少形成突水。

由于砂岩赋水的不均一性,在其富水区及导水裂隙密集带,顶板砂岩会形成突水,但突水量一般不会太大。

3·2导水通道充水通道主要有断裂导水通道、煤层顶板采动裂隙通道、煤层底板采动裂隙通道、废弃井筒、巷道等。

矿区覆盖层沉积厚度不大,前部裂隙和开采后的塌陷为上部煤层开采充足水通道;局部断层2侧岩层裂隙发育带,为矿井的主要充水通道;煤层开采后,地质条件发生变化,断层带的稳定性遭受破坏,可成为矿井的充水通道;区内勘探阶段封闭不良的钻孔和废弃井筒也可成为矿井的充水通道。

4结论(1)主要含水层为碳酸盐类岩溶裂隙含水层、碎屑岩类孔隙裂隙含水层和松散岩类孔隙含水层。

(2)韩庄矿的充水水源主要为煤层顶底板砂岩裂隙水、沿裂隙通道入渗的第四系松散孔隙水、太原组岩溶裂隙水和寒武系岩溶裂隙水,老窑水为主要威胁水源。

(3)充水通道为断层带裂隙发育及采空塌陷带。

参考文献:[1]房佩贤,等.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,1996.[2]杨孟达,等.煤矿地质学[M].北京:煤炭工业出版社,2000.(责任编辑徐艳杰)收稿日期:2009-04-03;修订日期:2009-07-25作者简介:宋国阳(1963-),男,哈尔滨人,工程师,现在黑龙江省煤田地质物测队从事技术工作。

岩及煤层组成。

其中泥岩电阻率略高于新生界,砂岩质地坚硬,导电性能差,电阻率和灰岩相当,二叠系整体上呈相对中等电阻反映。

石炭系上部太原组主要由煤层、砂岩、泥岩、炭质泥岩、铝土岩互层组成。

下部本溪组由泥岩、灰岩、砂岩、铝土岩互层组成,与下伏层呈平行不整合接触。

单层分析,厚度不大的灰岩及砂岩层属于导电较差的高阻层;粉砂岩、粘土岩、泥岩又为低阻层位,这一特定的地电条件,使石炭系宏观上为相对中高阻反映。

奥陶系中统以厚层灰岩为主,当岩溶不发育时,电阻率值接近无限大;当灰岩岩溶发育,富水性强,或富水性虽不强,但发育规模较大,岩溶裂隙体内充填有泥质物时,电阻率明显下降,此时绝对值与岩溶发育程度及富水性有关。

由以上分析可知,测区内各地层存在明显的电性差异,横向上区内地层沉积相对较为稳定,在正常情况下,煤系地层的电阻率值比非煤系地层的电阻率值高,目的层铝土矿层为中等导电地层;下伏奥陶系灰岩电阻率最高,构成该区良好的电性标志层,在横向上电性差异应较小。

但同一地层随富水程度的不同,其电阻率差异明显,变化范围较大。

充水的断层破碎带,电阻率明显低于岩层的电阻率,电性标志明显。

地下矿体局部被采出后,在岩体内形成的冒落带、断裂带、变形弯曲带影响范围比原采空区要大,且直接影响其电性分布状况。

理论与实践证明当矿体被采空后,对应地层的导电性随采空区的塌陷程度及赋水情况不同,表现为相对较高的电阻率。

以上电性差异是利用电法寻找同一地层中异常地质体的基础。

2瞬变电磁法的基本原理瞬变电磁法(Transient electromagnetic method简称为TEM)属时间域电磁感应方法,是近几十年迅速发展起来的1种新的电磁法。

其探测原理是在发射回线上给1个电流脉冲方波,一般利用方波后沿下降的瞬时产生1个向地下传播的1次磁场。

在一次场的激励下地质体将产生涡流,其大小取决于地质体的导电程度。

在一次场消失后,该涡流不能立即消失,它将有1个过渡(衰减)过程。

该过渡过程又产生1个衰减的二次磁场向地表传播。

利用接地电极或地面中心探头由地面的接收二次磁场,该二次磁场的变化将反映地下地质体的电性分布情况。

按不同的延迟时间测量二次感生电动热V(t)就得到了二次场随时间衰减的特性曲线,用发射电流归一化后成为V(t)/I特性曲线。

属时间域电磁测深法,又称“纯异常场法”,用以研究浅层至中深层的地电结构。

3瞬变电磁野外工作方法根据此次勘探的地质任务、精度要求和区内地形、地质条件,确定此次瞬变电磁法勘探野外数据采集选择能够同时兼顾剖面测量和测深工作的中心回线装置进行野外数据采集。

此次瞬变电磁法施工选用的仪器为美国ZONGE公司生产的GDP-32II多功能电法仪。

工作装置:根据工作区目的层的埋深情况,结合瞬变电磁特点,选择中心回线装置发射线框:960×700 m、接收:HZ 垂直分量TD-3瞬变电磁探头。

仪器的主要参数为:发射频率:1 Hz、最大发射电流12.5 A、积分时间:0.27 ms、增益:22~23倍(自动)、关断延时:0.05 ms。

4瞬变电磁资料的分析与解释在地球物理特征和试验成果的基础上进行资料的解释,其解释依据如下:对断层的解释,剖面图上主要是依据视电阻率的横向变化特征,断层二盘和陷落柱与围岩电阻率的变化来进行划分,一般断层二盘的电性都有差别,等值线出现扭曲错断,如断层富水、导水其电阻率非常接近,断层的电阻率主要取决于断层的破碎程度及其富水性。

对解释陷落柱的判断,如陷落柱富水其与围岩间的电阻率差别不大,正常地层沉积条件下,地层电性较均匀,遇有陷落柱时,地层的电性发生较明显的变化,等值线比较混乱一般呈现为马鞍形如是充水陷落柱,表现为高电位低电阻异常;若陷落柱不富水或弱富水则表现为低电位高电阻异常。

(1)断层图1是该区TEM 9线视电阻率拟断面图。

图中纵坐标表示为标高,横坐标表示为测点,图中反映在280~440 m桩号之间存在明显的视电阻率异常带,对比三维地震资料分析该条带对应的断层,从瞬变电磁资料的解释原则和精度出发可以明确解释出DF9断层,在1 040~1 120 m桩号之间存在明显的视电阻率异常带,视电阻率等值线发生扭曲错断,解释出DF10断层,在480~1 200 m桩号之间视电阻率等值线平滑稳定,说明该区段地层相对稳定。

在1 240 m以后视电阻率等值线跳动剧烈,对应三维地震资料解释在1 280 m桩号附近存在DF12断层,纵观整个剖面可以看出瞬变电磁法视电阻率剖面与三维地震资料对应良好。

图19线TEM视电阻率拟断面图(2)陷落柱图2是22线TEM视电阻率拟断面图,从图中可以看出在1 160~1 240 m桩号之间视电阻率等值线出现明显的混乱状态,形态上表现为马鞍形,是陷落柱的标准异常反应。

瞬变电磁测深剖面主要从岩石、矿物导电性的差异,对地质构造、含水层的富水区等地质体进行相对性界定,个别与围岩电性差异不大的地质体在TEM测深剖面上无法确定、解释。

图222线TEM视电阻率拟断面图5结论地下若存在断层、陷落柱,而且未有积水,则异常为高阻异常,等值线密集闭合,异常中心视电阻率较高,与视电阻率正常值相差较大(该区大于10ΩM以上)。

原始坡积物或裂隙发育异常一般为相对高阻,一般不在铝土泥岩。

而推测地下存在断层、陷落柱若有积水,则异常为低阻异常。

采用瞬变电磁法( TEM)探测地下水精度较高,为矿井的开采和治理提供了依据。

参考文献:[1]蒋邦远.实用近区磁源瞬变电磁法勘探[M].北京:地质出版社,1998.[2]方文藻,李予国,李貅.瞬变电磁测深法原理[M].西安:西北工业大学出版社,1993.[3]薛国强.瞬变电磁法成像技术研究[D].西安:长安大学,2002.(责任编辑徐艳杰)第11期宋国阳:瞬变电磁法在地质勘探中的应用·137·。