瞬變電磁法在煤礦應用中的研究

■崔迎龍　黃新宇　王志勇（中國建筑材料工業地質勘察中心吉林總隊吉林長春130033）

瞬變電磁法在煤礦應用中的研究

■崔迎龍黃新宇王志勇
（中國建筑材料工業地質勘察中心吉林總隊吉林長春130033）

本文以吉林省敦化市大山咀北部煤礦為例，對地下煤層火區、煤層風氧化帶以及采空區可形成電性差異為基礎,根據瞬變電磁法具有穿透高阻層能力強及隨機干擾影響小,受地形影響小的特點,討論了應用瞬變電磁法對其進行探測的可行性。

瞬變電磁法煤礦應用

1　工程概況

勘查區域位于吉林省敦化市大山咀北部煤礦普查探礦權區塊，總面積345.16km2。因該區多被第四系、第三系玄武巖覆蓋的特點，對于地震勘探法來說，由于致密塊狀玄武巖對地震波產生屏蔽作用，無法取全、取準地震資料，因此不易開展地震勘探法工作。最終經結合前人鉆孔資料，本地區煤層深度大約600m—800m，對于該深度的含煤層，建議物探勘查技術方法應采用瞬變電磁法測量，對找煤效果會更佳。因此，對該區煤礦進行瞬變電磁法測量。

2　方法原理

瞬變電磁法以巖石的導電性差異為基礎，利用不接地回線向地下發送一次磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，通過測量線圈觀測二次渦流磁場感應電動勢，從而了解地下介質的電性變化情況的方法。本次勘探主要目的和任務是通過采用瞬變電磁法揭露玄武巖蓋層下的含煤巖系的埋深及分布特征。

3　地質與地球物理條件

3.1地質特征

勘查區內出露地層有中元古代塔東巖群之拉拉溝巖組(Pt2l.)、朱敦店巖組（Pt2z.)等。該區侵入巖不發育，僅在勘查區東北角塔拉河河谷出露有志留紀扶育站序列大干泡單元中粒角閃石花崗閃長巖。

3.2地球物理條件

區域煤礦密布,有公路相連,交通方便。煤礦多賦存在第四紀覆蓋層下的二疊系和石炭系,地層平緩,含煤豐富,煤層厚、煤質好,與圍巖有明顯的電性差異,是進行電法勘探的物性基礎。

4　參數及儀器選取

本次施工選用加拿大鳳凰公司生產的V8網絡化多功能電法儀，它是一種智能化程度較高的便攜式探測儀，抗干擾能力強，操作簡便靈活。該儀器的指標為：輸入阻抗：大于100M?；補償誤差：小于萬分之1.2，分辨率：1uV；功率：1400w；最大輸出電流：40A，最大供電電壓：144V。

5　數據處理方法及結果

數據處理方法：

對于瞬變電磁法來講，不同的電性地層，其勘探深度會不同，因而必須進行試驗確定有關參數。試驗工作發射系統采用TXU-30發射系統進行控制，在DS-11鉆孔附近進行TXU-30發射系統400m×1090m發射框，5hz發射頻率的試驗，試驗結果見圖1：

圖1　TXU30發射系統400m×1090m發射框、5Hz發射頻率數據反演圖

由圖1可見，400m×1090m發射框，發射頻率為5hz的TXU-30發射系統能夠達到勘探目的，因此在結合施工相對便利的條件下選用這套發射系統及參數。如果實際勘探中，某些地段煤層深度變大，可以選用頻率為1Hz的發射系統輔助底部勘探。按取得的試驗成果進行分析，此次瞬變電磁法施工采用TXU30發射系統400m×1090m發射框5Hz發射頻率的裝置系數。

如果想把野外采集的數據轉化為物探成果，還要經過一系列的處理、計算、分析與解釋。瞬變電磁法野外采集的數據含有發射線框、發射電流、接收線圈、增益、疊加次數等因素的影響，必須進行歸一化處理。（1）視電阻率計算。一般采用如下公式轉換為視電阻率曲線。

式中μ0=4π×10-7H/M，ST為發送回線面積，SR為接收線圈面積，t為測道時間，V(t)/I為歸一化電動勢，是瞬變值。以上單位均采用國際標準計量單位。瞬變電磁法的解釋工作遵循從已知到未知、從簡單到復雜，從點到線、從線到面的原則。深度（厚度）、電阻率的初始模型結合測區以知的資料給出。整個測區深度、電性通過博斯蒂克反演得到。（2）博斯蒂克反演。這是一種較粗略又很實用的反演方法，可作為定量解釋。對于TEM法時間-視電阻率曲線和同點觀測的MT視電阻率曲線，有一定的數學關系，通過程序轉化，就可借助博斯蒂克反演來生成視電阻率關于深度和測線長度的DAT文件。（3）作圖。根據不同巖性地電特征的差異使用由暖到冷的色階填充等值線區域，然后將surfer圖件轉換成Mapgis圖件。

6　數據結果分析

6.1剖面圖解譯

圖2　大山咀北部煤礦瞬變電磁法綜合剖面圖

依據瞬變電磁法所測高阻界面，劃分出玄武巖與沉積巖界面作為玄武巖底板，結合地形高程數據，在不計較第四系松散堆積物厚度的情況下，計算出玄武巖厚度，再利用軟件成玄武巖等厚度圖，從圖2中可見，在圖的中下部和西南部玄武巖厚度較大達到500m以上，向東北變薄，直至尖滅，普遍厚度約300m—500m。由第四系南坪組玄武巖、軍艦山組玄武巖組成。因而視電阻率變化范圍較大。同時，利用圖2和大山咀北部煤礦瞬變電磁法玄武巖厚度等值線圖所求得的基底高程數據與玄武巖底板高程數據的差值，從視電阻率角度，就是低阻部分，求出含煤巖系厚度數據，繪制含煤巖系厚度等值線，構成含煤巖系等厚度圖。從大山咀北部煤礦瞬變電磁法含煤巖系厚度等值線圖中可見，從北西到南東含煤巖系厚度逐漸增大，最大厚度可達900m。含煤巖系基本上是琿春組，其上部也有小部分土門子組劣質煤地層。瞬變電磁法對低阻敏感，但分層能力較差，對具體煤層劃分不太清楚，只能用視電阻率整體變化來判斷含煤巖系的厚度。

6.2構造解釋

從瞬變電磁法所測得的數據反演結果，亦從斷面圖的分析結果上看，各線電阻率斷面上均有不同程度的疑似斷裂反映、顯示，尤其在盆地邊緣位置的測線上，呈臺階狀間斷的特征表現，可能為斷裂反映。

6.3鉆孔解釋

據瞬變電磁法剖面解釋成果，在剖面12線4450m處ZK1201號設計ZK1201；在剖面11線5550m處設計ZK1101孔位。通過分析可知兩個孔位的實際鉆探資料與瞬變電磁法反演成果基本吻合。由圖3可知ZK1201號孔位在深度788.2m（標高-340m）處見煤，符合物探解譯的含煤巖系分布范圍；由圖4可知ZK1101號孔位在深度1198m（標高-780m）處見煤，符合物探解譯的含煤巖系分布范圍。

總之，通過此次物探工作，證明了瞬變電磁法在玄武巖蓋層較厚地區找煤適用有效，通過鉆孔資料對比，劃分了本工區玄武巖層、含煤巖系地層及基底深度，對電阻率反演剖面圖進行了詳細解釋，對斷裂褶皺構造進行了分析，對低阻異常結合鉆孔資料對比分析，判斷了含煤巖系的厚度、埋深、分布情況，基本上達到勘探目的。

圖3　大山咀北部煤礦瞬變電磁法12線鉆孔對比圖

圖4　大山咀北部煤礦瞬變電磁法11線鉆孔對比圖

7　結束語

本文通過對吉林省敦化市大山咀一帶進行物探勘查，可知瞬變電磁法在勘查區的獲得了明顯的異常，并且測出的視電阻率能夠基本反映地質上的巖性和地層構造，能夠大致反映出含煤巖系埋深及分布范圍，這說明瞬變電磁法在該區行之有效，同時也能為為實際生產起到很好的指導作用。

[1]梁爽.瞬變電磁法探測煤礦水害應用研究[D].長安大學,2008.

[2]范亮,錢榮毅.瞬變電磁法在煤礦采空區的應用研究[J].工程地球物理學報, 2011,01:29-33.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-104-2