瞬變電磁法在鉆井探測中的應用

王麗紅，肖宏躍，卜 璐，賀 月

（成都理工大學地球物理學院，四川 成都 610059）

礦山地質勘探與工程施工中經常會遇見不良地質現象[1]。由于地質災害的發生具有不確定性、隱蔽性和隨機性等發育特點，所以在礦山施工建設中，僅僅想要通過鉆探的手段來探測礦區內的裂隙發育及溶蝕等不良地質情況是很難實現的，且成本較高、效率較低，難以達到理想的探測效果，所以在此基礎上，就需要借助工程物探手段來進行探測。在礦井深部探測中，瞬變電磁法是一種快速，有效的物探方法，由于其穿透能力強、分層能力強、受隨機干擾小、信息豐富、分辨率較高、探測深度深等特點，顯著提高了該方法的探測能力，在鉆井探測中得到了廣泛的應用[2]。

1 瞬變電磁法工作原理

瞬變電磁法也稱時間域電磁法(Time domain electromagnetic methods，簡稱TEM)，是感應類電法的一種，它是利用接地線源（電偶源）或不接地回線（磁性源）向地下發射一次脈沖磁場（一次場），在一次磁場間歇期間接收地下地質體中感應渦流產生并隨時間變化的感應電磁場（二次場）。簡單來說，其基本原理就是電磁感應定律。

2 工程實例

2.1 工區地質概況

根據此次勘查礦區地質資料顯示，區域內地層特性較簡單。該地區場內覆蓋層主要為第四系坡殘積（Q4dl+el）、冰水堆積（Q3fgl），該覆蓋層主要包含兩層土層結構，土層一為耕土[3]，主要由坡體和土體表層粉土和粉質粘土等構成，該土層內含有大量植物根系，層厚度約為0.3m～0.8m。土層二為塊狀碎石土，碎石的顏色主要呈現為灰白色或灰色，其濕度較高，該土層碎石的粒徑較小，一般在2cm～10cm之間，但是局部碎石土粒徑能達到20cm，且呈棱角狀。覆蓋層下面是基巖層，其中白云巖和千枚巖等是基礦層的主要礦物特性[4]。

2.2 儀器設備和測線布置

本次礦井勘探所采用的儀器是湖南五維地質科技有限公司自主研發的新一代HPTEM-08高精度瞬變電磁系統，該探測系統能對礦井淺層地質勘探能取得較好的效果且抗電磁干擾的能力較強。在本次探測中，測線根據不同的高程一共布設5條瞬變電磁剖面，各測線中的點距為5m。該儀器采集數據的主要參數設置為：天線裝置上發送線圈和下發送線圈半徑均為0.3m，上、下發送線圈的間距為0.4m；發送電壓、發送電流及發射頻率分別為12V、10A、50Hz；接收線圈的直徑及接收的有效面積分別為0.5m、200m2；其關斷時間為0.04ms，疊加周期為1000次。

2.3 資料成果解釋

瞬變電磁實際觀測的數據是每個測點在每個測道的瞬變感應電壓，要想對資料進行下一步處理和解釋，就需要將瞬變電磁數據轉換為視電阻率、視深度等參數，其中瞬變電磁數據的處理內容主要包括以下幾個方面，即濾波處理、關斷時間校正、視電阻率的計算以及地形校正等[5]。

通過對采集數據的處理得到測線3的剖面，測線布設走向與等高線走向大致符合，其總長為270m，點距為5m。經過測試及分析處理得到測線3的剖面成果測試圖，如圖1所示。

圖1 測線3探測成果圖

從圖中可以看出，該剖面屬于二層結構，表層為覆蓋層，由破碎礦物、土等構成，該覆蓋層高程位于1700m～1710m；表層下面是基礎礦層，礦層的電阻率分布范圍在500Ω.m～5600Ω.m。其中樁號段為0+55～0+85m高程為1670m～1700m以及樁號段為0+145～0+165m高程為1675m～1700m的兩個區域內的礦層電阻率相較于該深部礦層內其他區域的電阻率更低，電阻率分布范圍主要在350Ω.m～800Ω.m，在樁號段為0+240～0+260m高程為1600m～1640m的區域內的礦層電阻率較低，電阻率分布范圍主要在1000Ω.m～1200Ω.m，由此推測該區域為礦體較破碎、裂隙發育地區。

采用瞬變電磁法進行探測之后，結合深部礦井的鉆井資料說明，驗證了該段地質侵蝕區的存在，與瞬變電磁法勘查解釋結果相符合。可以得到瞬變電磁法（TEM）在深部鉆井探測中效果較好，是比較成功的，達到了勘探的目的。

3 結論

本文中通過上述工程實例的資料解釋，證實了瞬變電磁法在鉆井探測中的可行性并突出了該方法在礦井深部區域探測中的特點。并且將瞬變電磁法與鉆井資料判斷出裂隙發育區域位置，不僅對鉆探工作量進行了優化和減少，節約了一部分成本，而且還能快速、高效的對異常地質體進行定量、半定量的解釋。由此可見，瞬變電磁法在鉆井探測中是一種快速、有效的物探方法，可以廣泛的推廣應用。