煤田水文地质调查中瞬变电磁法应用探究

1、煤田水文地质调查中瞬变电磁法应用探究摘要在煤田的开采过程中，坑道涌水是矿山财产 和人身安全的一大威胁，煤田水文地质调查，是一项重要的 煤田地质勘探工作的地质任务，瞬变电磁测深是煤田水文地 质调查的主要方法。大部分的煤田水文地质调查任务水的问 题，如富水性、含水和导水性。在煤田水文地质勘探中，使 用瞬变电磁法来进行数据采集，数据处理，数据解释，查清 了测区内富水区在三维空间上的分布情况和断层的导水性 能，符合已知的水文地质资料，为煤矿的安全生产提供可靠 的地质资料。关键词瞬变电磁法煤田水文地质调查富水性中图分类号p345 文献码b 文章编号1000-405x(2014) -1-123-10引言矿

2、井突水是在煤矿生产中常见的灾害之一，严重威胁着 煤炭生产的安全，有时会造成巨大的经济损失和人员伤亡， 因此，摸清地质构造，特别是水文地质条件复杂矿井，是一 种重要的煤矿安全生产要解决的问题。目前，许多应用方法 应用在水文地质工作中，主要是电测深、可控源音频大地电 磁法、eh-4、瞬变电磁法等。电测深等传统方法受地形和体 积勘探效果限制，可控源音频大地电磁法复杂，eh-4和其他 电磁方法较为影响数据处理。瞬变电磁法(tem)是使用非 接地线或接地源向地下发送的脉冲磁场，在下一次脉冲到来 前，通过使用线框或者接地电极观测二次涡流场。利用电子 计算技术，瞬变电磁仪系统噪声得到抑制、观测误差减少、 并

3、且在数据处理和反演计算方面有了很大的进步。目前在勘 查金属矿产资源、煤矿、地下水、油矿、天然气田以及研究 结构等诸多领域有广泛的应用。1瞬变电磁法概述1.1发展以及现状上世纪50年代，苏联建立了瞬变电磁理论和现场施工 技术，50? 60年代，圆满完成了瞬变电磁法的一维正反演。 80年代以来，欧洲和美国继续在瞬变电磁法2、3-d建模技 术做了很多的计算和研究工作，但二，三维的问题仍然还不 是很成熟。近年来，早期生产的单一方法使用的电磁仪器早 已淘汰，瞬变电磁法仪器已趋向于具有集成化特点并且具备 各种多功能的电测系统。国内的瞬变电磁法的研究始于上个世纪80年代初，从 长春地质学院，原地球化学研究所

4、，中南大学等单位的地质 和矿产资源部做了一些工作的理论，方法和现场测试仪。已 经建立了较为完善的一维正、反演和方法技术的理论，并开 发了一些工具。近年来，吉林大学已成功开发atem-ii瞬变 电磁仪，并于2003年研制成功瞬变电磁仪软件，并将其应 用并探索在矿产勘探，大型挖掘潜在资源勘探，地下水调查, 工程勘察和地下城市活动断层调查，矿井透水预测等领域。1.2方法的基本原理瞬变电磁法是利用电磁感应原理进行地下矿产预测的 地球物理方法。是一种时域电磁测深方法，即采用接地电极 或接地回路建立的在地下建立的一次脉冲磁场，在一次磁场 间歇期间，接受感应的二次电场和磁场。在发射回线内发送 一次脉冲电流，

5、当电流被断开的时刻，表面将产生涡流电磁 场，随着时间的延长诱导涡流电磁场向下和向外扩张。发送 回路电流突然断开连接时，会激发存在于下半空间，在一定 范围内的表面的感应涡流，并按照一定的规则衰减。然后， 电流开始扩散到下半空间，感应电流在电流别断开后的任一 末期时间里，呈现多个层壳的环形，涡流场会随着时间的延 长，向下并向外扩展。瞬变场的激发方式包括接地式和感应式两种，工作装置 与频率测探基本上是相同的，不同的是输入的电流不是谐变 电流而是阶跃电流。但是这种方法不仅能测量远区，也可以 测量附近的区域。近场测量可避免旁侧的影响，提高对地层 的分辨能力，因此它是一种有效的工作方法。2煤田水文地质调查

6、中瞬变电磁法的实例应用2. 1观测区的概括测量矿井属于中国北方石炭纪二叠纪煤田，该地区地势平坦。井田内含煤地层中具有较厚隔水层，而含水层较薄， 并且石灰岩含水层中的含有发育很不均匀的岩溶裂隙，随着 深度增加，这种趋势逐渐减弱，加上井田结构相对简单，因此钻孔直接暴露富水点的概率是很低的。钻取断层带时，没 有冲洗液泄漏或明显的消耗。这表明，井田内断层带本身的 含水性能较弱，导水性能较差。然而，在井田奥灰范围有明 显的垂直分带现象，在浅煤层，岩溶断裂，富水性较强；随 着奥陶纪灰岩埋深的增加，富水性变弱；但同时奥陶纪灰岩富水性也存在明显的异质性，深部存在丰富的水和强径流区。煤田范围内奥回富水性能很强,

7、同时也有很高的静水压力，下组煤的开采受到严重威胁。含煤地层电阻率的差异相 对较小，煤田水文地质勘探主要依据是，地层电阻率因含有 水而降低，通过寻找相对低电阻率的异常来确定富水性在含煤层的分布情况。2.2应用研究protem 67d6瞬变电磁勘探系统一一由加拿大生产的瞬变勘探系统，在这次瞬变电磁勘探工作中发挥了主要的作 用。工作中应用的各种设备，结合仪器的特点和勘探任务的 要求，采用大定源回线工作装置。该方法是将地面大回线作 为一个发射回线，回线范围设置接收循环观察。它具有勘探 深度大、施工效率高、施工受建筑物的影响小、能够详细地 划分异常等特点。此次工作选择了合适的操作参数和测量点 布置。瞬变

8、电磁法观测各个测点的各个时窗(测道)的瞬态感 应电压，被转换成视电阻率，视深度和其它参数。从-400m -420m的富水区分布图可以看出，南部和北部地区是不富水 区，东部地区富水性较弱，在西部和西南有富水性高的地区， 但主要集中在主、副井的周边区域。从整体上来看，浅部地 层的富水性较深部地层的大。从总体上来说，富水性从-400m 向-420m有减弱的趋势，这有利于安排井底车场、开拓水平 大巷。3结语瞬变电磁法探测深度比较大、施工方便、工作效率高并 有良好的地质效果，能适应当前煤田水文地质勘探的要求。 结果表明，利用瞬变电磁法反演的电阻率的分布情况与已知 地质具有良好的对应关系，表明它可以反映实际地质情况。 另外，我们也应该看到，瞬变电磁法的应用尚处于早期阶段。 为了实现成熟地将这一方法应用在这一领域，仍然需要一个 漫长的时间。这样就要求我们对其理论与数据处理作进一步 的研究和改进，从而更好地满足为井水文地质勘探工作的需 要。参考文献1 黄力军，陆桂福，刘瑞德.电性源瞬变电磁法在煤 田