高壓線對(duì)地面瞬變電磁影響范圍的研究

黃曉芳

（長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046000）

高壓線對(duì)地面瞬變電磁影響范圍的研究

黃曉芳

（長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046000）

地面瞬變電磁法在勘探領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為了研究實(shí)際工作中遇到的高壓線干擾問題，通過理論與實(shí)踐對(duì)高壓線影響范圍做了研究，從衰減曲線等資料入手分析并圈定高壓線影響范圍。研究表明高壓線對(duì)瞬變電磁的干擾的大小與水平距離有關(guān)，研究結(jié)果對(duì)高壓線附近的瞬變電磁施工有一定的指導(dǎo)意義。

瞬變電磁；高壓線；水平距離；衰減曲線

瞬變電磁法（TEM）是一種以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的時(shí)間域電磁勘探方法，利用不接地回線向地下發(fā)送一次脈沖電磁場，用接收線圈觀測該脈沖電磁場感應(yīng)的渦流二次場的空間和時(shí)間分布，從而解決有關(guān)地質(zhì)問題。如今，瞬變電磁法已憑借其諸多顯著優(yōu)勢在礦產(chǎn)資源調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查等傳統(tǒng)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，瞬變電磁法在實(shí)際的應(yīng)用過程中會(huì)受到很多干擾因素的影響[1-3]。

本文針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中所遇到的高壓線對(duì)瞬變電磁探測干擾問題進(jìn)行研究，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)觀測高壓線對(duì)瞬變電磁法采集資料的影響程度,圈定高壓線干擾范圍，對(duì)高壓線的影響做到心中有數(shù)，為之后的煤礦安全生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)建議。從而對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中各種參數(shù)的選擇提供一定的指導(dǎo)，進(jìn)而降低高壓線對(duì)探測結(jié)果的影響，提高勘探精度。

1 理論依據(jù)

瞬變電磁法遵循法拉第電磁感應(yīng)定律，基本原理是通電物體在連續(xù)變化或不連續(xù)變化的電磁場激勵(lì)下產(chǎn)生感應(yīng)渦流，通過專業(yè)設(shè)備測量激發(fā)二次場的大小、空間分布特性和時(shí)間特性，進(jìn)而獲得地質(zhì)目標(biāo)體電性特征、空間特征和發(fā)射源特征等[4]。針對(duì)一次脈沖信號(hào)，二次場信號(hào)表示為：

如果瞬變電磁法施工區(qū)域中有通電高壓線存在，高壓線產(chǎn)生的電磁場會(huì)對(duì)瞬變電磁法采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生很大的影響，尤其是對(duì)中、深層的信息會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，這種影響在衰減曲線上顯示為曲線尾部突然出現(xiàn)升高或降低的畸變測道，代表高阻或者為低阻假異常。高壓線產(chǎn)生干擾的計(jì)算：假定高壓線為單回路三相電，距地面高為h，線間距為l，距高壓線水平距離為d的一點(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為三相電產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度矢量和，通過畢奧--薩戈?duì)柖傻鹊挠?jì)算得到三相電在P點(diǎn)豎直方向上產(chǎn)生的總磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為：

式中：Im為電流的振幅，A；ω為頻率，且ω=100πrad/s。

通過計(jì)算可知，高壓線在每一點(diǎn)產(chǎn)生的干擾均呈正弦曲線變化[5]，并在高壓線邊緣干擾達(dá)到最大，但隨著接收線框與高壓線間水平距離的逐漸增大，高壓線對(duì)瞬變電磁采集資料的干擾總體呈減小趨勢。

2 實(shí)例分析

2.1 地球物理特性

勘探區(qū)域?qū)儆谇治g中低山地貌，大部分地段被黃土所覆蓋，黃土厚度分布不均勻，在0～20 m范圍內(nèi)變動(dòng)，山坡和溝底局部有基巖出露，溝谷有山間帶狀沖積物分布。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，地形起伏較大，大部分地段被茂密植被覆蓋，區(qū)域表淺層電性條件復(fù)雜。

通過對(duì)以往資料的收集調(diào)查與分析，對(duì)比了水平方向上巖層視電阻率值差異與變化情況，發(fā)現(xiàn)了地下水文地質(zhì)異常的分布形態(tài)。結(jié)合已有地質(zhì)資料與相鄰地區(qū)的地層資料以及區(qū)域內(nèi)測井地質(zhì)資料進(jìn)行分析，得出結(jié)論為：新生界地層從上到下主要包括電阻率為10～24 Ω·m的粘土層，35～100 Ω·m的黃土、沙層，100～300 Ω·m的干土、干沙層；二疊系地層巖性為泥巖、砂巖、粉砂巖及煤層，電阻率為35～100 Ω·m；石炭系地層巖性為粉砂巖、泥巖、鋁土巖、灰?guī)r及煤層，該層電阻率為95～150 Ω·m；奧陶系地層主要是由深灰色層狀石灰?guī)r組成，其電阻率大于700 Ω·m。

綜合評(píng)價(jià)該區(qū)域?qū)儆诘湫蜅l件較復(fù)雜地區(qū)。

2.2 其他影響因素控制

除了保證各試驗(yàn)位置地點(diǎn)特性較為穩(wěn)定外，還有一些因素可能對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生干擾。

1）實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選在距離城市、鄉(xiāng)村及工廠都較遠(yuǎn)的地點(diǎn)，排除了人文因素的干擾。

2）試驗(yàn)要選擇在晴朗的天氣條件下進(jìn)行，避免了天電因素的干擾。

3）試驗(yàn)前要保證植被上沒有露水，排除了地面低阻因素的干擾。

2.3 試驗(yàn)過程及分析

本次施工區(qū)域內(nèi)存在110 kV、35 kV高壓輸電線，試驗(yàn)針對(duì)110 kV高壓線的影響范圍進(jìn)行研究。

根據(jù)調(diào)查，該110 kV高壓線電流振幅為600 A，與地面垂直距離10 m，線距2 m。設(shè)計(jì)試驗(yàn)點(diǎn)共5個(gè)，點(diǎn)距為40 m，5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在同一測線上，測線方向與高壓線延伸方向大體垂直，5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)和高壓線的水平距離依次為20 m、60 m、100 m、140 m、180 m。根據(jù)公式（2）計(jì)算得到距高壓線水平距離20 m時(shí)干擾值為41.4×10-5T/s；距離60 m時(shí)干擾值為2.630×10-5T/s；距離為100 m時(shí)干擾值為0.904×10-5T/s；距離達(dá)到140 m時(shí)干擾值為0.500× 10-5T/s；距離達(dá)到180 m是干擾值為0.340×10-5T/s。計(jì)算顯示當(dāng)與高壓線水平距離達(dá)到180 m時(shí)，高壓線電磁干擾已經(jīng)很小。

本次施工采用GDP-32II多功能電法工作站，大定源回線裝置測量，施工參數(shù)為：發(fā)射線框840 m×840 m，發(fā)射頻率4 Hz，發(fā)射電流14 A，疊加次數(shù)32次，接收探頭為GDP-32專用集成磁探頭，接收等效面積為10 000 m2。本次試驗(yàn)5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)位置基本上在同一水平山坡上，黃土覆蓋厚度基本一致，地表都有植被覆蓋，試驗(yàn)時(shí)排除了人文、天電等的干擾因素。在嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行采集，各點(diǎn)采集到的衰減曲線見圖1。

圖1-a是與高壓線水平距離20 m時(shí)測得的衰減曲線，從衰減曲線上可以看出110 kV的高壓線電磁干擾使得二次場早期數(shù)據(jù)較高，曲線在晚期出現(xiàn)跳點(diǎn)，說明該距離下高壓線電磁干擾對(duì)資料影響很大；圖1-b是與高壓線水平距離60 m時(shí)測得的衰減曲線，從圖中可以看出二次場早期數(shù)據(jù)略有降低，曲線中部畸變測道較多，顯示中晚期影響較大，說明60 m水平距離下110 kV高壓線電磁干擾對(duì)資料影響仍然較大；圖1-c是與高壓線水平距離100 m時(shí)測得的衰減曲線，圖中顯示二次場早起數(shù)據(jù)變化不大，曲線顯示畸變道數(shù)仍然較多，晚期影響仍然存在，說明高壓線電磁干擾對(duì)資料仍存在一定的影響；圖1-d是與高壓線水平距離140 m時(shí)測得的衰減曲線，圖中顯示二次場早期數(shù)據(jù)受影響程度已經(jīng)不大，曲線尾部畸變測道較少，顯示高壓線對(duì)資料的影響逐漸減小；圖1-e是與高壓線水平距離180 m時(shí)測得的衰減曲線，圖中顯示二次場早期數(shù)據(jù)基本上保持了一個(gè)穩(wěn)定值，衰減曲線數(shù)據(jù)質(zhì)量也較好，沒有出現(xiàn)畸變，說明高壓線電磁干擾對(duì)資料的影響已經(jīng)很小。

從以上5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)測得的衰減曲線資料對(duì)比可以看出，本區(qū)110 kV高壓線對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響范圍大約為高壓線周邊180～200 m范圍內(nèi)。該結(jié)果與根據(jù)理論公式計(jì)算所獲得的結(jié)論基本一致，可以圈定高壓線電磁干擾影響范圍。

通過對(duì)高壓線干擾范圍的圈定，在施工采集時(shí)采取了加大供電電流，增加疊加次數(shù)以及延長觀測時(shí)間等措施來壓制干擾，基本上保證了采集資料的可靠性。

4 結(jié)束語

瞬變電磁勘探技術(shù)應(yīng)用廣泛，而且在很多領(lǐng)域也都取得了較好的成果，尤其在探測低阻水體及采空區(qū)方面更是效果良好，但是在噪聲抑制技術(shù)等方面發(fā)展尚不完善，在采集過程中的干擾因素方面沒有得到人們足夠的認(rèn)識(shí)，仍需加強(qiáng)研究。

地面瞬變電磁法勘探區(qū)域中如果存在高壓線，則應(yīng)在施工之前針對(duì)高壓線的干擾嚴(yán)重程度及影響范圍進(jìn)行一定的試驗(yàn)工作，圈定出高壓線影響范圍。本文從理論及實(shí)踐兩方面入手，指出圈定高壓線影響范圍在地面瞬變電磁正常工作時(shí)參數(shù)的選擇等方面有一定的指導(dǎo)意義，可以廣泛的應(yīng)用。

[1]陳曙東，何勝，張爽.地面瞬變電磁系統(tǒng)標(biāo)定的理論研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展.2014,29（2）:660-667.

[2]李風(fēng)明，劉洪福，張新軍，等.工業(yè)輸電線對(duì)瞬變電磁二次場的影響及干擾的消除[J].地球物理學(xué)進(jìn)展.2014,29（3）:1399-1405.

[3]底青云，方廣山，張一鳴.地面電磁探測系統(tǒng)（SEP）研究[J].地球物理學(xué)報(bào).2013,56(11):3629-3639.

[4]牛之璉.時(shí)間域電磁法原理[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2007.

[5]李建慧，劉樹才，李富，等.大定源瞬變電磁法矩形發(fā)射的電磁場[J].物探化探計(jì)算技術(shù).2008（2）:154-159.

Interference of High-voltage Line on Ground Transient Electromagnetism

HUANG Xiaofang
(Changzhi Polytechnic Institute,Changzhi 046000,China)

Ground transient electromagnetic method is widely used in exploration.To study the interference caused by high-voltage line in work,its reach is analyzed in terms of theory and practice and is delineated by decay curve.The results show that the interference of the high-voltage line on transient electromagnetism is correlative with horizontal distance.The study is useful for the transient electromagnetic construction near the high-voltage line.

transient electromagnetism;high-voltage line;horizontal distance;decay curve

P631.3

A

1672-5050（2015）01-0022-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.008

（編輯：劉新光）

2014-11-03

黃曉芳(1982-)，女，河北衡水人，大學(xué)本科，助教，從事地質(zhì)研究工作。