基于瞬變電磁法小窯物探參數試驗分析

王鵬霏(霍州煤電呂能臨化龐龐塔煤礦， 山西 呂梁 033200)

1 前言

瞬變電磁法其基本原理是利用不接地線圈(當然也可用接地導線)供脈沖電流，在地下激發起二次渦流，在一次場斷開后觀測其渦流形成的二次場(瞬變場)及其衰減態勢,可解釋地下地質結構。這是因為瞬變場的參數強度及延遲時間是與地下地質體的幾何參數和電性參數有關。良導地質體(如含水體)尺寸越大,導電性越好，瞬變場強度越大且熱損耗越小，故衰減越慢,延遲時間就越長。據上述特征就可判斷被探測的賦水體幾何位置和埋深。

某礦生產規模300萬t/a，面積13.263 9km2。該礦工業廣場位于臨縣木瓜坪鄉吉家莊村，礦井采用斜井開拓，分采區開采5上、5、9號煤層，5號煤層分叉處5煤與5上煤層合并開采。掘進工作面全部采用綜掘機掘進，主要巷道采用料石砌碹支護，部分采用錨噴，掘進工作面巷道全部采用錨網梁支護。采煤方法為綜合機械化長壁式低位放頂采煤法，全部垮落法控制頂板。

為了更好地完成地面小窯物的勘探任務，在進行野外數據采集之前，進行了試驗工作。試驗工作的主要目的是了解勘查區的地電條件、施工條件、干擾背景以及煤層采空積水區的地球物理特征等，通過有效試驗，以便選擇最佳工作方法和裝置參數。單點試驗選取在鉆孔P104附近的DSY- 1點和鉆孔P105附近的DSY- 2點進行。試驗線選在勘查區外北部的推斷存在采空積水地段進行。

2 儀器選擇

本次勘探投入的瞬變電磁儀器為TEM- 6強源瞬變電磁儀。TEM- 6型瞬變電磁勘探儀主要參數：

(1)強場源：儀器供電電流最大為1 500A，極大的增強了信噪比和勘探深度。

(2)以便攜機為主體，具有多種實時處理功能，采用軟硬件結合方法壓制和補償50Hz工業電流干擾，補償儀器零點漂移，剔除輸入信號的最大誤差值，數字濾波，任意次數疊加，替位平均，各種平滑處理，多測道的疏密平均等[1]。

(3)儀器測量部分選用高速16位A/D，采用高精密的芯片以及快速比較器組成“一次到位”的浮點放大器，使系統的總精度優于0.5%，滿足詳查指標的要求，儀器備有自校零功能，在測量時間內，儀器零點漂移被完全補償，工作非常穩定。

3 儀器試驗分析

根據本區特點及瞬變電磁法的要求，試驗工作包括工作裝置、供電電流、供電脈寬、供電次數等，同時進行參數有效性試驗和噪音水平試驗[2]。

3.1 參數試驗

1) 裝置試驗

供電電流300A、供電脈寬4ms、供電次數8次疊加，分別用5m×5m單匝中心回線和10m×10m單匝中心回線。從圖1可以看出使用兩個不同邊框時，曲線形態相近，考慮勘查區地形起伏變化較大和煤層埋深較大，為了加大有效探測深度，所以使用10×10m單匝中心回線裝置。

圖1 不同發射邊框衰減曲線對比圖

2)供電電流試驗

裝置10m×10m單匝中心回線，供電脈寬4ms，供電次數8次，分別使用230A、300A和350A的供電電流。從圖2可以看出用350A和300A的供電電流時信噪比高，曲線形態圓滑，可以有效壓制干擾；使用230A的供電電流時衰減曲線尾部不穩定，綜合考慮選定電流為300A。

圖2 不同供電電流衰減曲線對比圖

3)供電脈寬試驗

裝置為10m×10m單匝中心回線、供電電流300A，分別使用4ms和8ms的供電脈寬。從圖3上可以看出兩曲線形態相似，考慮供電脈寬越大，耗電量越大，所以供電脈寬選定為4ms。

圖3 不同脈寬衰減曲線對比圖

4)供電次數試驗

裝置為10m×10m單匝中心回線、供電電流300A、供電脈寬4ms，分別使用4、8、16次疊加。從圖4可以看出使用4次疊加時，尾部出現浮動，有干擾信號影響正常衰減形態，使用8次和16次疊加時曲線形態相似，同時考慮到野外施工效率，所以疊加次數選定為8次。

圖4 不同供電次數衰減曲線對比圖

3.2 噪聲水平試驗

測區主要存在的干擾源有高壓線、地下游離電磁干擾和地面建筑物干擾，其特點是造成的干擾不可避免，隨機性較強；采用試驗合適的最大電流壓制和線框平行于地面供電線減小干擾。圖5所示為遠離高壓線干擾處同一點噪聲與采集的衰減曲線對比圖，虛線為開發射時電壓衰減曲線，實線為不開發射情況下噪聲電頻信息。從圖中可以看出，發射衰減曲線比較圓滑，噪聲信息信號在衰減曲線之下，所以各測道數據均可用。

圖5 同點噪聲與采集衰減曲線對比圖

圖6所示為垂直高壓線走向不同距離對比圖，供電電流300A、供電次數8次、發射框單匝10m×10m中心回線時，離高壓線40m的曲線衰減形態圓滑，可以判斷該高壓線影響范圍為左右各40m。

圖6 垂直高壓線走向不同距離對比圖

4 結論

從以上試驗得出本次地面瞬變電磁勘探初步設計參數合理，可以滿足本區勘探目的，物探最終參數為：供電電流為300A，采樣道45道，供電次數8次供電脈寬4ms，發射框為單匝10m×10m，中心回線。