山西某矿三盘区地面综合电法勘探应用研究

摘  要：为进一步查明山西某矿3号煤层老空积水区分布范围及煤系地层主要含水层（K2、K5）的富水情况，为防治水工作的有效实施提供参考依据。本文采用地面瞬变电磁法对划定区域进行勘探工作，并在瞬变电磁划定异常区域基础上进行激发极化验证工作。经数据处理并结合已有地质资料分析，确定该矿三盘区内3号煤层存在6处积水区，编号JS1～JS6，积水区面积共264374.68 m2；K2岩层2处富水区，编号FS1、FS2，富水区面积共95248.88 m2。其中：JS1积水区面积12579.72 m2， JS2积水区面积39837.97 m2，JS3积水区面积38425.68 m2，JS4积水区面积107018.02 m2， JS5积水区面积42552.19 m2，JS6积水区面积23961.10 m2，FS1富水区面积51281.85 m2， FS2富水区面积43867.03 m2，可靠程度中等。本次探测工作验证了地面瞬变电磁法和激发极化法在煤矿采空积水区勘查中的有效性，能够为工作面合理布置和采空积水区治理等提供可靠的地质信息。

关键词：煤矿、地面瞬变电磁法、激发极化法、采空积水区

引言

上世纪30年代前苏联科学家最早提出瞬变电磁法，采用远区工作模式；1933年美国科学家L.W.Blau最先提出利用电流脉冲激发供电偶极形成时域电磁场；上世纪50-60年代，前苏联科学家成功完成了瞬变电磁法的一维正、反演，建立了瞬变电磁法的解释理论和野外工作方法。上世纪60年代以后，“短偏移”、“晚期”、“近区”等技术研究迅速发展起来。美国等西方国家在上世纪70-80年代之间，对短偏移法进行了大量的研究和试验阶段。

我国于70年代初开始研究瞬变电磁法,主要采用近区方式的中心回线法和重叠回线法进行工作，取得了一批有价值的研究成果，代表作有朴化荣的《电磁测深法原理》，牛之链的《脉冲瞬变电磁法原理》，方文藻的《瞬变电磁测深法原理》，蒋邦远编著的《实用近区磁源瞬变电磁法勘探》，李貅的《瞬变电磁测深的理论与应用》，瞬变电磁法在地质、物探领域内逐渐得到广泛利用[1-6]。

    上世纪60年代，国外学者Victor Vacquier(1957)等提出了用激电二次场衰减速度找水的思想。在该思想的启迪下，我国也开展了有关研究，并将激电场的衰减速度具体化为半衰时、衰减度、激化比等特征参数，这些参数不仅能较准确地找到各种类型的地下水资源，而且可以在同一水文地质单元内预测涌水量大小，把激电参数与地层的含水性联系了起来[7-10]。

1 勘探区地质概况及地球物理特征

勘探区内地层主要为上石盒子组及石千峰组，第四系遍布在山梁、岭及沟谷两侧。地层由老到新分别为：奥陶系中统下马家沟组（O2x）、上马家沟组（O2s）和峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）和上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）和下石盒子组（P1x）、二叠系上统上石盒子组（P2s）和石千峰组（P2sh）、第四系。其中，太原组为主要含煤地层之一，含煤7～16层，下部煤层发育较好；含灰岩3～8层，以K2、K3、K5泥灰岩较稳定。山西组与下伏太原组呈整合接触，为主要含煤地层之一。其3号煤层为全区可采的稳定煤层，也是本组唯一可采煤层（图1-1）。

综上所述，勘探区内可采煤层分别为3号、9号和15号煤层（表1-1）。

表1-1 可采煤层特征一览表

煤层 编号	煤层厚度(m) 最小～最大 平均	煤层结构 (夹矸)	煤层间距(m) 最小～最大 平均	稳定 性	可采 性	顶底板岩性
						顶板	底板
3	2.92～7.68 6.24	较简单 （一般1-3层、个别孤立点含4层）	38.39～56.14 46.46	稳定	全区 可采	多数泥岩，少数粉砂岩，局部为细、中粒砂岩	多为泥岩，少数为粉砂岩，局部为细砂岩
9	0.15～1.92 1.05	简单 （一般不含夹矸、个别孤立点含1-2层）		较稳 定	大部 可采	粉砂岩，局部为细、中粒砂岩	泥岩，局部为粉砂岩
			29.87～60.24 39.54
15	1.29～5.63 3.72	较简单 （一般1-3层，个别孤立点含4-7层）		稳定	全区 可采	K2石灰岩，局部为泥岩或含钙泥岩	以灰色、黑灰色泥岩或粉砂岩为主，局部为细砂岩

根据含水层岩性、储