瞬變電磁法在煤田水文地質調查方面的應用

■　謝國政

（安徽省煤田地質局物探測量隊安徽宿州234000）

瞬變電磁法在煤田水文地質調查方面的應用

■謝國政

（安徽省煤田地質局物探測量隊安徽宿州234000）

煤田開采掘進過程中，"水害"是影響煤礦安全生產和經濟效益的重要的因素，準確詳細的煤田水文地質調查是解決"水害"的前提，在眾多煤田水文地質調查的方法中，瞬變電磁法無疑是最閃亮的一顆明星。本文闡述了瞬變電磁法的工作原理、特點及應用領域，最后通過實例說明其實際應用效果。

水害水文地質調查瞬變電磁法

在煤礦開采前查明整個采區的復雜地質構造及其水文地質情況（含水層、涌水通道及富水區），以便及時采取必要措施，是礦區開采的首要關注事宜。在目前煤田水文地質調查的所有手段中，瞬變電磁法具有體積效應小、易操作、探查準確度高等特點而受到廣泛重視，未來瞬變電磁法必將在煤田水文地質勘查中發揮越來越大的作用。

1　工作原理

瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method，簡稱TEM）是利用不接地回線或接地電極向地下發送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應的地下渦流產生的二次電磁場的空間和時間分布，從而解決有關地質問題的方法。簡單的講，瞬變電磁法的工作原理就是電磁感應定律。衰減過程一般分為早、中、晚期。早期的電磁場相當于頻率域中的高頻部分，衰減快，趨膚深度小；而晚期的電磁場相當于低頻部分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化的規律，便可得到不同深度的地電信息。

瞬變電磁法按其工作空間可分為：航空瞬變電磁法、海洋瞬變電磁法、地面瞬變電磁法、井地瞬變電磁法、礦井瞬變電磁法。

2　工作特點

瞬變電磁法最大的特點在于它將一次磁場和二次磁場分離，觀測純二次場，這是瞬變電磁法有別于頻率域電磁法的根本之處，這種方法有以下優點：

（1）由于施工效率高，純二次場觀測及對低阻體敏感，使得它在當前的煤田水文地質勘查中成為首選；

（2）瞬變電磁法在高阻圍巖中尋找低阻地質體是最好的方法，且不受地形影響；

（3）采用同點組合觀測，與探測目標有最佳耦合，異常響應強，形態簡單，分辨能力強；

（4）剖面測量和測深測量同步完成，提供更多有用信息；

（5）信息豐富，便于解釋；

（6）可選擇不同的時間窗口進行觀測，有效壓制地質噪聲，可獲得不同的勘探深度資料。

3　野外工作方法

3.1裝置類型

（1）單線框裝置：單線框裝置是瞬變電磁測量系統中最簡單的一種，其主要特點是發射器和接收器為同一線框，既做為發射框，同時又作為接收框。線框形狀可以是正方形，亦可為矩形，線框邊長一般在200m之內，視具體情況而定。

（2）共線框裝置：共線框裝置是指發射框和接收框具有完全相同的幾何形狀和尺寸，但兩線框相互獨立布置在同一位置上。

（3）環式線框裝置接：收線框位于發射線框內中心位置的形式稱環狀線框裝置，其尺寸比發射框小的多，通常接收線框由多芯導線組成多扎線框，由每個單扎線圈可看作是一個磁偶極子，因此這種接收器又稱偶極接收器。

3.2裝置形式的選擇

增大發射回線和接收回線邊長，將會增強信號強度，并延長有效信號的持續時間，從而有利于加大探測深度。但二者的增大使野外工作難度增加，同時使測量結果受影響的范圍擴大，從而降低了橫向分辨率。此外，增大接收回線邊長時，不僅增大了有效信號強度，也使干擾信號強度增大。因而，在保證預定勘探深度的情況下，一般都應選擇盡可能小的回線邊長。模擬實驗結果和野外實例表明：同點裝置可以有把握地探測到線性尺寸相當于回線邊長、埋深為2倍回線邊長的良導體。因此，采用同點裝置時，應取回線邊長等于或大于0.5倍探測深度。采用框—回線裝置時，大定源發送回線邊長可等于或暗大于擬探測深度。

4　應用實例

某煤礦的主要含煤層段是下二疊統山西組和上石炭統太原組。四采區的面積范圍內，主要可采煤層的埋深小于500米，走向大致為南北方向，煤層傾角較小。我們按照10*20的網度布置了40條測線，經過數據處理，得到如圖所示剖面，解釋其主要地層電性地質特征如下：（1）第四系沖積層；一般厚140m，電阻率變化較大，平均為11；（2）煤系地層：厚度100-350米，電阻率變化范圍在15-30之間；（3）基底奧陶系灰巖，在不含水的情況下可視為無窮大。

5　存在的問題

（1）用小邊長同點裝置工作時，觀測到的v/I值往往偏大、使計算出的電阻率值偏小。例如，在灰巖地區，覆蓋層和基巖電阻率為n×10—n×104數量級. 而用10m邊長重疊回線測得的電阻率值可以低至n×10-1 m數量級，與大地電性明顯不符，而且有回線邊長越短，測得的電阻率值越小的趨勢。

（2）目前瞬變電磁測深資料的定量解釋還只是以一維水平層狀大地模型的正演計算為基礎，對于地電條件復雜時的二維和三維情況，資料解釋方法及解釋水平還有待進一步提高。盡快研制出快捷，并能在微機上運行的二維、三綻瞬變電磁測深資料解釋軟件是擺在地球物理工作者面前的一項重大課題。

[1]程志平.電法勘探原理[M]。北京：冶金工業出版社，2007.

[2]蔣邦遠.實用近區磁源瞬變電磁法勘探[M].北京：地質出版社,1998.

[3]牛之鏈.時間域電磁法原理[M].長沙：中南工業大學出版社,1992.

P641.4+3[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-214-2