淺析瞬變電磁法在煤田地質勘查中的應用

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，煤田地質勘查方法也越來越多樣化。其中瞬變電磁法在煤田地質勘查中的應用已經越來越廣泛，文章主要針對這一方法的基本原理及野外作業方法和使用范圍做了詳細分析，希望能夠起到一定的指導意義。

關鍵詞：瞬變電磁法；地質勘查；應用

前言

瞬變電磁法能夠在煤礦地質勘查中應用的前提就是煤田采空區。所謂的采空區就是在煤炭開采的過程中，由于大量的挖取煤炭使得上部的覆巖層出現應力平衡被破壞的現象，同時會有充水現象的出現，這樣采空區內的周圍巖石電阻就會發生異常。這種方法能夠滿足這一需求。相比其他的勘察方法，這種方法具有分辨率高、檢測深度高等特點，已經在礦區大量使用。

1 瞬變電磁法的基本原理

在二十世紀三十年代，瞬變電磁法主要在地質構造上被大量使用，簡單的來說這種方法也可以稱為一種時間域電磁感應法。雖然這種方法具有很多優點，但是在當時并沒有引起人們的重視。在二十世紀五十年代的時候，這種方法才在礦體中被應用。直到二十世紀七十年代，這種方法才被使用在煤炭資源勘察中，慢慢地人們已經認識到這種方法對于煤炭勘察的有利作用，在幾十年間也得到了快速的發展。這種方法主要就是使用不接地回線向要觀測的物體發出的脈沖，并能夠記錄下來被觀測的物體電磁感應的變化。隨著時間的增長，這種變化以及強度的大小，就能夠準確的判斷出檢測對象規模的大小等相關內容。這種方法所勘測的結果和回線線圈的匝數有很大關系，也就是說線圈的匝數越多，能夠探測的深度就越大。根據這種方法的工作原理，相比其他的勘察方法，這種方法的勘察深度以及勘察結果的準確度都比較高，受周圍物體的干擾也比較小。這也是該方法能夠在煤礦勘察中被廣泛應用的主要原因。

2 瞬變電磁法野外工作方法

2.1 瞬變電磁法分類

2.1.1 地面動源類

即發射系統和接收系統依點移動并觀測記錄結果，又可分為以下類型：（1）同點類型：包括中心回線組合，同一回線組合，重疊回線組合。該類型指發射回線的中心點與接收回線的中心點重合；（2）分離回線類型：發射線圈與接收線圈相隔一段距離且同時移動；（3）雙回線類型：因使用步驟繁瑣，使用效果不明顯，故此方法極少使用，在此不做贅述。

2.1.2 地面定源類

不移動發射源，只移動接收線圈，并觀測記錄結果，又可分為以下類型：（1）大定源組合：發射回線邊長一般較長；（2）偶極定源組合：發射回線邊長較小。

2.1.3 地一井類

發射回線在地面敷設，在井中逐點移動探頭進行觀測，可以在地面開孔，也可以是在坑道中開孔。

2.2 瞬變電磁法野外工作的基本要求

（1）在野外工作中使用的設備，應具有穩定的性能、良好的精度、齊全的配備，從而保證野外正常使用；（2）在野外觀測中，經常會遇到地下管道或鐵路等金屬管道，這些金屬管道會造成很強的瞬變響應異常。所以在實際工作中，要盡量避開這些金屬管道，不在高壓電力線路附近觀測，以免造成不必要的觀測誤差。此外，還應注意，繞線架上若有殘余導線，則會在觀測時產生很強的干擾，使觀測結果不準確。殘存導線越多，干擾越強烈。所以在野外工作中，應避免將殘存導線留在繞線架上，以免造成不必要的觀測誤差；（3）因不同觀測點干擾電平的不同，所以不同觀測點均需根據其干擾電平確定觀測值的觀測精度。所以需在每個觀測點或每隔幾個觀測點上測量其干擾電平；（4）在實際操作中，取樣時間范圍寬，則可提高觀測速度，但不保證觀測質量。同理，取樣時間范圍窄，則可保證觀測質量，但降低觀測速度。在實際野外操作中，最好先以點做實驗。以點做實驗時，若最后幾次測量讀數為噪聲電平，說明可用數據已經全部記錄；若最后幾次測量讀數較噪聲電平大但波動不小，說明應當加大取樣時間范圍及疊加次數。直到最后幾次的測量讀數為噪聲電平為止。

2.3保證觀測質量的措施

（1）為了能夠保證觀測的順利進行，我們可以在進行觀測實踐之前進行實驗，進而取得比較科學的測量范圍、線圈的邊長等。（2）在觀測的過程中，觀測人員應該盡量從觀測區域的中間逐步地向兩端移動進行測量。（3）觀測人員在記錄觀測結果時，應該記錄兩次以上，然后取這些觀測數值的平均值作為結果進行記錄，這就能夠保證結果的精確度。（4）觀測所使用的設備直接影響著觀測的結果，所以我們應該使用更為先進、精度更高的設備，儀器最好是使用計算機進行控制，觀測結果也會更為精確。（5）觀測人員可以在工作的現場繪制出平面圖以及剖面圖，進而與觀測結果進行對比，避免在離開觀測地之后再發現錯誤，補救起來就會更加麻煩。（6）雖然這種方法不是很容易被干擾，但是為了保證分辨率高、觀測結果準確，我們還是應該采取一定的措施，避免干擾現象的出現，例如可以加大電流的強度等。（7）回線的邊長也會直接影響到觀測的結果準確性，所以應該盡量取得最佳的回線邊長，不過實際難度還比較大，但是為了盡量減少經濟投入，可以為了獲得最大響應而采用增加回線匝數的方法。

3 瞬變電磁法的特點及應用范圍

3.1 瞬變電磁法的特點

該種方法能夠在脈沖間隙中進行測量，這主要和這種方法不容易受到其他物質和磁場的干擾有關。在使用這種方法的過程中，不同的脈沖強度是由不同的頻率所合成的，這就使得脈沖在相同的時間場中有著不同的傳播速度，勘察的深度也會不一樣。下面我們就具體的談一下這種方法在空間和時間上的可分性特征。

（1）在提高煤炭資源勘察精確度的方法中，頻率域法主要是通過提高自身精確度來實現的，但是瞬變電磁閥則是通過提高自身的靈敏度來實現，并成功的實現了提高精確度向提高靈敏度方面的轉變。（2）由于采空區的圍巖區域地形差異比較大，所以如果采用原始的勘測方法，就容易受到地形的傾向而降低精確度，如果采用瞬變電磁法則能夠避免這一問題。此外，在低阻圍巖區域使用這種方法進行多次的測量，則能夠對地形的影響進行區分。（3）隨著科學技術的不斷進步，這種方法已經冉原來的單分量發展為現在的多分量，功率上也越來越大，這就使得這種方法在煤炭資源勘察總能夠獲得更為強烈的響應，隨著日益提高的分辨率，表現的形態愈加簡單，層次更加分明。（4）和其他檢測方面相比，這種方法在線圈的方位以及接發的距離都沒有特別嚴格的要求，而且效率更高。（5）這種檢測方法勘測的深度大，而且能夠穿透低阻覆蓋層，這樣就能夠提高發現隱秘煤礦的幾率。（6）這種方法能夠和測深工作同時完成，測得的結果更接近準確值。

3.2 瞬變電磁法的應用范圍

根據上面提到的特點，我們能夠了解到伴隨著各項技術的不斷發展，工作設備的不斷智能化，數學模型的水平日益提高，工作人員的經驗越來越豐富，這種方法能夠更加廣泛的在煤礦開采中被使用。

4 結束語

綜上所述，雖然我國煤礦資源十分豐富，但是隨著社會的不斷進步，煤炭開采量正在逐年攀升。近幾年，我國東北部的地下煤礦已經基本被采空，淺層的煤礦基本接近枯竭。而西部的地形十分的復雜，煤炭埋藏的比較深，但是正因為如此，煤炭具有規模小、高品位的特點，這就需要開采人員能夠根據當時當地的情況選擇最佳的探測方法。瞬變電磁法本身就具有探測深度和分辨率比較高的特點，再結合高密度的方法就能夠發揮出更好的效果，解決勘測中的難題。

參考文獻

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