TEM在同安采空區積水區探測中的應用

侯云英

（山西省地球物理化學勘查院，山西 運城 044004）

瞬變電磁法因為其具有的經濟性、實用性，以及對水的敏感性，在采空區的含富水的勘查中被廣泛應用，但其物探方法相對單一，對異常的劃分具有其自有的局限性。本文主要介紹了瞬變電磁法結合激電測深在晉北采空積水區勘探中的綜合應用效果。

1 瞬變電磁法

（1）勘探原理。瞬變電磁法是在地面鋪設不接地的線框，輸入階躍電流，當回線中的電流突然中斷時，在下半空間就會激勵起感應渦流以維持中斷電流前已經存在的磁場，并且此渦流場會隨時間以等效渦流環的形式向下傳播并向外擴展，利用地面接收探頭觀測此二次渦流磁場或電場的變化情況，可以研究相應淺層至中深層的地電結構，在沒有一次場背景的前提下觀測純二次場異常，得到的原始數據保真度更高，異常更直接，探測效果也更明顯[1]。

（2）采空區電性理論特征。不同的巖石具有不同的導電性，常見的巖石表現出不同的電阻率值。一般來說泥巖、粉砂巖、中粗砂巖的電阻率值依次增高，而灰巖表現出的電阻率更高。在垂向上的巖性變化規律基本一致，表現為電阻率的升高或降低；在順層方向導電性相對均一，表現為電阻率較均勻。當砂巖中有充水裂隙、含水斷層破碎帶、積水采空區等構造時，由于水體具有良好的導電性，形成了構造處與圍巖的明顯電性差異。多數形成的采空區會在重力和地層應力的作用下，導致頂板塌落，形成冒落帶、裂隙帶和彎曲帶等情況，地下水就會侵入，采空區的電阻率隨著發生變化，會出現相對低阻異常區。一般來說，不含水相對干燥的采空區、巷道主要表現為與圍巖電阻率相比呈高阻特征，而含水或者相對潮濕的采空區、巷道與圍巖相比，其電阻率表現為低阻特征，這些就是對采空破壞區進行探測的地球物理依據。

2 探測區概況

勘探區位于晉西黃土高原，屬呂梁山山脈與蘆芽山南端的交匯地帶，地形復雜，地勢總體為南高北低，最高點位于勘探區西南部，標高為1360m，最低點位于勘探區東北部，標高為1230m，相對高差為130m。勘探區地層由老到新有：第四系中、上更新統（Q2+3）：淺紅色亞粘土，亞砂土和砂土（高阻）。

3 資料處理

（1）瞬變電磁資料處理步驟。瞬變電磁儀野外觀測記錄的是垂直磁感應場的歸一化感應電動勢ΔV(t)/I值，其單位為μV/A；每個觀測點記錄的參數為：時間道、發射電流、采樣開始時間、采樣窗口寬度、歸一化感應二次場、轉換的磁感應強度值等。野外采集的數據處理步驟如下：①整理和預處理：對數據質量進行檢查，剔除其中不合格的數據，對數據進行重新編錄，整理成數據處理所要求的的格式和順序。②濾波：濾除或壓制原始數據中的干擾信號，恢復真實信號的變化規律，突出準確的地質信息。③時深轉換：利用專用軟件處理轉換得到ρt（擬視電阻率）和ht（視深度）等參數。④地形校正：利用地質、鉆探、測量等已知資料做必要的地形校正。⑤圖件繪制：根據最終處理后的數據繪制成果圖件。

（2）數據處理。野外數據記錄的是由發射線框中瞬態變化的電流在地下產生的dB/dT，而數據處理就是根據該瞬變磁場計算出體現地下地層物理性質的擬視電阻率ρτ。再通過數值方法精確計算出全程擬視電阻率，并對關斷時間、磁場進行校正。通過理論計算和實踐表明，全程擬視電阻率與早期、晚期漸近值相比，具有更高的精度和分辨率。

圖1 全程擬視電阻率與晚期漸近值的比較

圖1是擬視電阻率曲線，藍色曲線是數值計算的全程精確值，洋紅色曲線是晚期漸近值，兩條曲線早期區別較大，在晚期趨于一致，說明晚期漸近線在中-早期存在較大誤差，全程擬視電阻率曲線具有較高的精度和分辨率。

圖2是矩形框中心瞬變電磁場變化率垂直分量dBz/dT信號的理論響應曲線，圖中明確顯示，早期漸近線只有在早期與精確曲線重合，在中期和晚期偏離精確曲線；晚期漸近線只有在晚期才與精確曲線重合，在中期和早期偏離精確曲線。無論是晚期漸近線還是早期漸近線，在中期都偏離于真實的全程精確曲線[2]。

圖2 瞬變電磁的理論響應曲線

數據處理之前首先對原始數據的每個點進行檢查，對數據進行有效性驗證與誤差統計，之后用自相關技術進行濾波處理，壓制干擾、突出有效信號，然后把野外觀測到的dB/dT值按遠區的晚期計算公式、視深度的計算公式經過反演轉換為ρτ（t）和Hτ（t）等參數。最后在此基礎上繪制出相應的擬視電阻率ρτ（t）斷面與平面等值線圖。

4 應用效果

圖3 L1線TEM擬視電阻率斷面圖（a）及多測道剖面圖（b）

圖3、圖4為勘探區L1、L2線TEM擬視電阻率斷面圖，位于勘探區南部，穿過已知采空積水區。

從圖中可以看出，縱向上由淺到深，擬視電阻率值依次呈現低～中～高的電性特征，與勘探區地層電性特征相吻。標高約+1200m左右擬視電阻率值小于25Ω.m，呈現低阻特征，為二疊系上、下石盒子組砂泥巖段地層的反映；標高+1200～+1000m段擬視電阻率值為25Ω.m到80Ω.m，呈現中阻特征，為二疊系山西組及石炭系地層的反映。標高+1000m以下視電阻率值一般大于80Ω.m，呈現高阻特征，為奧陶系地層的反映。

從橫向上看，4#、9#附近擬視電阻率等值線在1700點～1860點、1950點～2060點處彎曲下凹，呈現為相對低阻特征，圈定為相對低阻異常區。結合已知資料，已知采空區范圍在1750點～2060點處，積水區范圍在1950點～2060點處，與所圈定的低阻異常區相吻合，說明瞬變電磁法在采空區探測中效果較好。

圖4 L2線TEM擬視電阻率斷面圖（a）及多測道剖面圖（b）

5 結論

通過在本礦區進行TEM和激電測深兩種物探方法的綜合勘探，綜合解釋對比可知，TEM和激電測深法在本區采空區探測中異常對應較好，探測結果一致。通過以上實例分析，可以說明，將TEM與激電測深兩者結和應用于本區采空區探測中可以取得良好的勘探效果。