三維可視化技術在礦井瞬變電磁探測中的應用

溫建緒

(西山煤電(集團)公司 地質處，山西 太原 030053)

根據《煤礦防治水規定》，本著“有疑必探、先探后掘”的原則，一般運用礦井瞬變電磁法進行探測。但目前對礦井瞬變電磁超前探測資料物探解釋方法單一，只是根據各個方向測線所得視電阻率等值線斷面圖對扇形斷面進行二維分析，沒有根據礦井地質情況實際對探測區域進行直觀、全方位的三維分析研究，因為礦井瞬變電磁受巷道全空間以及巷道條件影響較大，其視電阻率等值線斷面圖視電阻率值無絕對意義，低阻異常區的圈定主要遵從相對原則。目前，在傳統的礦井瞬變電磁超前探測資料解釋中，難以對掘進頭前方含水低阻異常體空間位置及分布情況做出直觀而準確的判定。預報巷道掘進頭前方地層含水性是礦井超前探測的主要任務，因此，本文針對天池店礦實際地質情況，采用三維可視化技術對瞬變電磁超前探測資料進行分析解釋，以減少多解性，提高解釋可靠性，促進礦井瞬變電磁法在井下探查工作中發揮更大的優勢。

1 技術簡介

1)瞬變電磁法(Transient－electromagnetic method)又稱時間域電磁法(Time domain electromagnetic method)，簡稱TEM，屬于電磁感應類探測方法，是在煤礦井下巷道內探查周圍空間不同位置、不同形態含水構造的礦井物探方法之一。與其它礦井物探方法相比，具有施工空間小、方向性強、速度快、基本不耽誤掘進施工等優點。礦井瞬變電磁超前探測是在地面瞬變電磁法基礎上發展而來的，其原理基本相同。主要不同點是礦井瞬變電磁法是在井下巷道內進行，瞬變電磁場呈全空間分布。

2)三維可視化是用于顯示描述和理解地下及地面諸多地質現象特征的一種工具，廣泛應用于地質和地球物理學的所有領域。三維可視是描繪和理解模型的一種手段，是數據體的一種表征形式，并非模擬技術。它能夠利用大量數據，檢查資料的連續性，辨認資料真偽，發現和提出有用異常，為分析、理解及重復數據提供了有用工具，對多學科的交流協作起到橋梁作用。三維可視化既是一種解釋工具，也是一種成果表達工具，可對傳統剖面解釋方法進行補充。三維數據體可視化解釋是通過對來自于地下探測范圍內地質體的物性反映采用各種不同的透明度參數在三維空間內直接解釋。這種三維立體掃描和追蹤技術可使解釋人員快速選定目標，準確快速地描述各種復雜的地質現象。

2 利用三維可視化處理、解釋的基本步驟

三維可視化技術以往主要運用于三維地震勘探，現將該技術首次運用于天池店礦主斜井軌道下山50 m處礦井瞬變電磁探測中。基本步驟包括:三維數據體生成→選擇目標區(將主要目標區之外的數據體去掉)→數據精煉與處理→可視化映射→對目標區進行透明化顯示→對顯示結果進行分析→結合礦井地質分析繪制平面圖。以礦井瞬變電磁探測數據中不同時間、方向、深度對應的地質體的視電阻率數據為基礎，建立三維數據體，見圖1。并可設置數據體的透明度屬性，實現了真正的三維模型。本質上講，它是三維空間中的低阻異常、視電阻率值分布情況的綜合反映，可以對數據體進行頂板、順層、底板等多方向切片顯示，見圖2。無論是巷道掘進前方有無異常、低阻異常區的確定、含水體的空間分布等都可以通過這種“進去看”的方式來分析。在基于三維象素的立體可視化中，每個數據樣點都被轉換成為一個三維象素，每一個三維象素具有與原三維數據母體相對應的數值，一個三色(紅、綠、藍)值以及一個暗度變量，用來調整數據體的透明度。首先，根據各個方向測線所得視電阻率等值線斷面圖，對扇形斷面進行分析，主要對測線內可能存在的含水構造等地質異常區進行分析解釋;接著分析對比3個探測方向地質異常體之間的對應關系，對地質異常進行評價;之后運用三維可視化技術將超前探測數據形成三維數據體，分析地質異常區的分布規律;最后結合實際地質資料，確定巷道前方異常對應位置是否存在含水異常區。

圖1 礦井瞬變電磁超前探測三維數據體(正面)

3 三維可視化技術探測、應用效果

圖2 三維數據體多方向切片圖

利用三維可視化技術對天池店礦主斜井軌道下山50 m處超前探測資料進行了分析解釋，劃分富水異常區一處:位于X:35～55 m，Y:15～45 m(以探測位置為原點，兩幫為X方向，巷道掘進方向為Y方向)范圍內，主要位于順層偏頂板區域，見圖3。經鉆探對該富水異常區驗證為采空積水區，積水面積為1 700 m2，積水深度為 4.5 m，水位標高為1 027.343，實際排水量為7 650 m3，驗證探測效果具有較好的一致性，避免了采空區積水淹井事故的發生，說明該技術具有很強的實用性。

圖3 三維數據體頂板切片

4 結束語

此項技術的應用充分發揮了礦井瞬變電磁超前探測技術在煤礦井下巷道內超前探測中的作用和探測精度，是有效探查巷道迎頭賦水性情況的礦井物探方法之一。快速處理數據和顯示成圖的三維可視化技術可以促進礦井瞬變電磁法在井下探查工作中發揮更大的優勢，為避免采空區積水淹井事故和礦井水害治理提供了技術保障，具有良好的推廣應用前景。

［1］廖俊杰.礦井瞬變電磁超前探測數據處理與顯示技術［J］.物探與化探，2011(03):11－12.

［2］李明星.礦井瞬變電磁超前探測地質異常三維可視化［J］.煤礦安全，2011(11):14－15.

［3］黃 易.三維數據場可視關鍵技術研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學，2006.