李秦旭
1.陕西陕煤澄合矿业有限公司董家河煤矿分公司，陕西 渭南 715200；
摘 要：开采过程中如果遇到沟通煤层与含水层的导水通道，将会发生突水等灾害，如何查清含水层，提前采取一定的手段，是矿井安全开采亟需解决的问题。以董家河矿为例，采用地面瞬变电磁法，通过一维单点曲线特征分析、二维视电阻率等值线断面特征分析、确定阈值及解释原则对富水异常区进行了分析与预测，结果表明：依托钻孔解释深度系数为0.8；视电阻率因地层的层状特征在横向上也呈水平分布，视电阻率出现低阻凹陷，推测为断层附近砂岩含水所致；地面瞬变电磁法可预测不同含水层的富水范围。
关 键 词：地面瞬变电磁法；视电阻率；深度系数；富水异常区；董家河煤矿
1 瞬变电磁法（TEM）原理
瞬变电磁法使用不接地线圈或者接地导线发射脉冲电流，然后在地下激发起二次涡流，根据一次场断开后观测涡流形成的二次场以及衰减情况，来解释地下地质异常。
瞬变场的装置种类较多，发射装置为垂直磁激源的中心感应装置分辨率高，是由单匝不接地的大回线和供电控制部分发射机组成；接收装置包括接收探头及接收机，用来测量瞬变磁场。在施工时，接收线框位于中心位置，发射回线敷设成方形线框。
2 应用实例
2.1 测网布置
瞬变电磁法共设计测线26条，剖面长31.14 km，坐标点1583个。
（1）测线方向应参照地震资料兼顾垂直地层和构造走向，瞬变电磁测线沿三维地震检波线东西布置，测点与检波点重合。
（2）勘探网度：网格为20 m×20 m，即线距40 m，点距20 m。
.2 一维单点曲线特征分析
利用钻孔资料对实测瞬变电磁单点曲线分析，得到区内各地层与电性层的对应关系。现选择XB50钻孔孔旁（167/R148）单点曲线分析典型孔旁单支曲线进行分析如下图1。
图1 167/R148实测单点曲线
R148线167号测点瞬变电磁原始实测二次电位衰减曲线（左）和视电阻率深度单支曲线（右），该点位于XB50号钻孔旁边，从图1中可以看出，二次电位曲线（左）衰减正常，视电阻率曲线（右）类型为HA型。由于受“平头”的影响，曲线首支急剧下降。当H＞85 m，曲线变化正常，深度从85～400 m段视电阻率出现最小值；深度大于400 m后曲线出现上升的拐点，说明开始进入煤系地层。由此可见，根据钻孔实际揭露资料，与单支曲线尾支上升拐点位置之比，计算DB6号钻孔附近深度解释系数为0.8（钻孔揭露深度与曲线反映深度之比）。
2.3 二维视电阻率等值线断面特征分析
图2所示为R164线视电阻率等值线断面图，横坐标为点号，纵坐标为标高，桔黄色线段为地形线。图上反映了各电性层分布特征。在剖面1700～2050 m段、2920～3150 m段（红线框内），低阻凹陷，分析为砂岩相对富水所致。
图2 R164线视电阻率等值线断面图
2.3 阈值的确定及解释原则
2.3.1 阈值的确定
异常划分通常有两种途径来确定：一是同比类推的方法，即先在测区内典型的已知异常体进行详细观测，对其观测数据进行细致分析、归纳，提取其本质特征作为整个测区异常划分的标准并确定异常划分等级的阈值，以此对其它测点进行对比判断和推测，本次勘探测区内已知水文孔资料较少，不具备该方法使用前提。二是数学统计方法，如果缺乏足够已知异常体作为判断推测的基准，可对实测数据进行数学统计，利用分析参数的均值、离差等数据，结合其它地质信息，确定异常划分依据及阈值。
2.3.2 解释原则
本次工作采用的物探方法获得的拟视电阻率值的高低与地层的富水性是密切相关的。通过对比单点、断面及平面已知资料，结合已知资料和拟视电阻率等值线变化特征，解释原则为：
电阻率值：ρτ<34Ω·m的区域圈定K中砂岩相对富水异常区；ρτ<41Ω·m的区域圈定K4砂岩相对富水异常区；ρτ<49Ω·m的区域圈定K2灰岩相对富水异常区；ρτ<59Ω·m的区域圈定奥灰顶界下20m灰岩相对富水异常区；
2.4 富水异常区分析与预测
根据矿井水文地质资料，K中砂岩含水层在二叠系下统下石盒子组底部，K4砂岩含水层在山西组底部、K2灰岩含水层及奥陶系灰岩为本区主要含水层。
对于泥岩、粉砂岩，砂岩、石灰岩等岩性，在电性上呈逐渐升高的电性反映，但在同一深度，砂岩、石灰岩含水时，拟视电阻率值低于不含水的砂岩、石灰岩，也就是高阻中的相对低阻异常，以此为理论依据，来寻找各含水层富含水异常区。结合矿井水文地质及钻孔资料确定了各煤层与主要含水层层序关系图，确定以含水层位相近煤层底板作为基准面进行偏移以抽取瞬变电磁相应高程的ρτ值，绘制各主要含水层拟视电阻率等值线切片图（图3）。现将抽取典型的含水层拟视电阻率等值线切片图进行分析。
图3 各含水层富水异常分布情况
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图3（a）为本次瞬变电磁法圈定的K中砂岩含水层的相对富水异常区；图3（b）为本次瞬变电磁法圈定的K4砂岩含水层的相对富水异常区。图3（c）为本次瞬变电磁法圈K2灰岩含水层的相对富水异常区；图3（d）为本次瞬变电磁法圈定奥灰顶界下20m灰岩含水层的相对富水异常区。
3 结论
通过地面瞬变电磁法在董家河矿预测富水异常区的应用，总结如下：
（1）通过一维单点曲线特征分析，根据钻孔实际揭露资料，确定瞬变电磁深度解释系数为0.8。
（2）视电阻率因地层的层状特征在横向上也呈水平分布，视电阻率出现低阻凹陷，推测为断层附近砂岩含水所致。
（3）地面瞬变电磁法是探查矿井含水层的有效手段，为矿井防治水提供了可靠的依据。
参考文献:
[1] 孙玉学,张庆松,王凤刚,刘衍凯,李壮,周政.基于TEM的铁矿灰岩富水区探放水综合治理研究[J/OL].金属矿山:1-13.
[2] 邢楷,王克南,樊林林,廉玉广.瞬变电磁法在预测煤矿井下断层走势中的应用研究[J].能源与环保,2021,43(03):81-86.