瞬變電磁在水害防治中的研究

郭然

摘 要：本文就主要通過對瞬變電磁法在水害防止中進行相關的研究和探討，希望給業內人士提供一些參考性的建議和意見。

關鍵詞：瞬變電磁法；水害；防治；電阻率；采空區；積水；富水區

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A

1.概述

（1）瞬變電磁法

瞬變電磁法，又被叫作時間域電磁法，簡稱為TEM或TDEM，這種方法是在通過進行時間域采用電磁感應的模式來進行的人工探測方法。主要的應用原理就是通過不接地回線或接地源來向檢測的位置發射一定的電磁波磁場，通過激發的條件下，地下的土壤通過感受到磁場的感應而產生的時間變化的電磁場就是瞬變電磁法。而且這個產生的信號來源和地下的土壤結構有著之間的關聯，通過對電磁場隨著時間的變化范圍和規律等，就能夠真正解決地下煤礦的地質問題和水質等情況。

瞬變電磁法主要是在一定的背景條件下研究二次場的電磁方法，這主要是對所研究的對象進行差異變化的研究。同時，這種研究方法也有很多優點，安裝輕便、效率高、成本低和不容易受到外界影響等，所以現在已經被廣泛地應用到了金屬礦和煤礦的勘探勘察中，同時也被應用在了地下水和采空區等區域的研究范圍之內。由于瞬變電磁法的本身性質，所以不應該長時間地在高壓輸變電線路和鐵路的附近進行探測工作，根據相關的標準和技術規范來選擇合適的位置進行探測工作。

2.資料處理研究

經過我們進行處理分析和眾多過程之后才能進行野外采集的地質結果。這些通過野外進行采集的數據受很多方面的影響，通常存在發射線框、發射電流和疊加次數等原因條件，因此需要我們進行歸納整理。而且，在進行資料的采集過程中，我們已經完全考慮到外界的影響因素，通過壓力和赫茲等因素來進行信號干擾，但是由于擾亂因素不夠條件，因此需要我們再通過不同的方法來進行噪音的消除工作，接下來再進行相應的研究和計算。

事實上，我國大多數的瞬變電磁法都是通過在水平層狀模型上來進行的計算和演示，通常采用的是在一維模型上進行的計算，而且這也是目前較為成熟的做法。因為在二維和三維模型上進行的瞬變電磁法有很多的影響因素，所以一維模型上的電磁方法仍然是大多數采用的反演方式和計算方法。

由于我們需要在煤礦進行瞬變電磁勘測法，存在較大的特殊性，有較強的干擾因素，所以在大多數的地區還不是很適合這種勘探方法，所以，我們要了解地區的特點和相關的規范模式，在進行有針對性的勘探技術方法，以保證煤礦勘探技術的質量和效率。

3.瞬變電磁法在水害防治中的應用實例

3.1 電力線干擾區

小煤窯也是煤礦開采區的重點研究地區，例如我國晉北地區的煤礦井來看，隨機調查的小煤窯采空情況，調查結果都不是很樂觀，精準度不高的數據給我們的調查帶來了麻煩，而且小煤窯下方存在好多積水，也給日后的開采和地質勘查帶來了很多的麻煩，容易發生安全事故。

測試的地區為丘陵地帶，地下存在著大面積的溝谷，而且地形簡單，地層走向近東西，傾向南，有小于2°的傾斜角度，平面接近于水平狀態，勘探的礦質為11號煤層，存在于230m深的地下范圍。礦區存在著多種地層，分別是寒武系、二疊系、石炭系、侏羅系和第四系等地層，但由于上部的層系由南向北逐漸減小，所以石炭系和侏羅系的區域為主要的煤礦存在地層，但只有后者為井田的主要含煤地層。

由于測試區的南部存在380V的電力線，所以此處的資料數據受到50Hz的頻率電流所干擾，但是通過疊加次數的增加和雙極性矩形賣場電流源等可以有效地進行噪音的消除，從而來滿足電動勢不斷減小的要求。

經過信息數據的處理之后，我們采取到了11號煤層周邊的數據信息，然后制作成了視電阻率的平面圖。從這張圖中可以看出，電阻低的位置存在于南部的東西兩頭，而高電阻存在測試區的北面。所以我們可以斷定高電阻所處的北側的煤礦地質含水性不是很高。而南部地區的電阻異常的低，所以很容易使存在較高的含水量，這就需要我們日常加強對南部地區的例行檢查，從而有效地避免煤礦安全隱患的發生。

3.2 復雜地形區

這個地區所調查的地形與3.1中的地層極為相似，但是不同點在于此地層的石炭系有可能是含煤地層。所屬地形成為一個四邊形，由于考慮到異常的追蹤對比及施工方便性來看，將測試區延伸擴大了。

瞬變電磁法劃定的低阻異常區與礦方后來提供的調查采空區重合得較好，但又體現出不同，那就是沿地層走向，低阻異常區有所延伸，沿地層傾向則有所回縮。這是由于地層沿走向高程變化平緩，沿傾向則有明顯的降低，積水會向地勢低的地方匯聚和滲透，以致該處地電阻率數值偏低?；诖?，推斷采空區有積水。因此，我們需要在此處進行相關的防治水害措施，以避免水害現象的發生，但是在進行相關措施的同時也要保證11號煤的有效利用和余下煤炭資源能為3號煤的開采提供有利的條件和相關價值依據。

3.3 戈壁地區

由于戈壁地區是嚴重的缺水區域，所以在礦區的生活和生產中水是重要的必須資源，但是礦區仍然會發生嚴重的水害安全事故現象。新疆曾在某年發生了用水潰砂事故，事故的發生給礦區帶來了巨大的損失，大量的經濟消耗和人身安全遭到了損傷，使得礦區不得不停止了生產。事故發生之后，礦區負責人員立刻對所發生事故的地區進行了檢查和評價分析，查明了事故的發生原因，及時地進行了解決，通過地面的瞬變電磁法進行了及時勘探，結合了水文地質的配合和事故原因的分析，從而有效地避免了日后戈壁地區發生水害事故現象的發生。

野外數據采集使用V5多功能電磁勘探系統。針對地質條件、精度要求并結合現場試驗，采用400m×400m發射線圈及20m×20m的基本測網密度，對發現的異常區域不僅重復測量核實，還把異常區測點加密至10m×10m。圖一是該測區120m深度（煤層頂板附近）視電阻率平面圖，點線距均為20m。圖中標出了3個低阻異常區，其中I號異常區與事故位置相吻合，該處放水量平均3000m3/d。從視電阻率平面分布圖推測I、II號異常有可能是連通的，并且還有可能與III號異常區相連通。由于無小窯采空區，推測水源是新近系、第四系底部含水從測區北緣西部和東緣北部進入測區，經滲透等作用把幾個富水區連為一體。基于物探工作成果并考慮巷道布置，在II號異常區域內兩待開拓巷道交叉點處，礦方布置了探放水鉆孔Zk，其排水量平均1000m3/d，且與事故點排水量有同步變化的關系，證實了異常的存在。

結語

總而言之，對于地下煤礦的勘探工作來說，瞬變電磁法始終都是水文地質調查的重點研究方法，它能夠及時地勘探出水害發生的原因和具體情形，這對有效地避免了煤礦水害現象的發生，保證了煤礦生產的安全和人身健康問題有著重要的研究意義。

參考文獻

[1] AA考夫曼，GV凱勒.頻率域和時間域電磁測深[M].北京：地質出版社，1987.