煤礦深部奧灰水地球物理探測方法淺析

張 潔

（華陽新材料科技集團有限公司智能礦山事業部地質測量部，山西 陽泉 045000）

1 礦井及勘探區概況

五礦位于山西省平定縣城西南，現開采15 號煤，采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板。礦井水文地質類型為中等，部分采掘區域受奧灰水帶壓開采影響，試驗區位于五礦井田西部，5-2906、5-1805、5-1906 地質鉆孔附近，為帶壓開采區域。

2 施工方法及影響因素分析

2.1 瞬變電磁法（TEM）[1-3]

工作裝置：根據勘探區目的層的埋藏深度情況，結合瞬變電磁特點，選擇大定源框內回線裝置（如圖1）進行瞬變電磁(垂直分量HZ)測量工作。

圖1 大定源框內回線裝置圖

參數設置：根據研究目的與任務，結合工區地形和地質特征，選擇在已知鉆孔（5-1805）點上進行參數選擇試驗。經過試驗，瞬變電磁參數選擇為發射線框800 m×800 m，發射頻率為5 Hz。

測線布設：測線沿鉆孔5-2906、5-1805、5-1906布設，點距20 m。

影響因素：區內高壓線對野外數據采集質量影響較大，造成資料解釋多解性。采取的保證措施為：（1）開通儀器內部濾波器，最大程度上減少工業電流干擾；（2）采取多次讀數，選取質量較好的數據進行處理；（3）標記清高壓線平面位置，在解釋過程中予以考慮。

2.2 可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）

工作裝置：采用了TM 模式標量測量方法。根據工作的任務，探測深度H 達到1000 m 以上，一般情況下收發距r ≥6H 即可滿足平面波區的測量，同時應考慮到保持較高的信噪比以保證觀測精度。最終確定施工收發距r=7 km，測量點距40 m，發射方向平行于測線。

參數設置：工作中使用的最低頻率1 Hz，最高頻率7680 Hz，共40 個頻點。為了提高觀測數據的質量，供電電流達到了15 A。另外，在數據采集過程中，采用了多次疊加和重復觀測等技術，有效地抑制了工業電流及人為設施干擾，確保了采集數據的質量。

測線布設：測線沿鉆孔5-2906、5-1805、5-1906布設，點距40 m。

噪聲調查：根據實地踏勘情況，區內存在兩條高壓線，產生很強的電磁干擾，因此在正式施工前進行全區噪聲水平調查和高壓線噪聲調查，以了解測區干擾與背景場噪聲大小。遠離干擾源進行了背景場調查（避開高壓線）30 個點，高壓線噪聲調查35 個點，總計65 個點。通過調查，工區內電磁背景場均值為9.78E-11(v/A·m2)，屬于低電磁背景噪聲區域，本區低于1.0E-10(v/A·m2)的信號將參考使用。

勘探區內存在兩條高壓線，因此在高壓線下方布設一條長約為680 m、點距為20 m 的剖面線，要查明瞬變電磁野外數據采集受高壓線影響范圍，為后期數據解釋提供依據。高壓線電磁干擾區6 號～22 號點平均為5.34E-09(nv/A·m2)左右，是無干擾物背景噪聲54.6 倍左右。從實測數據來看，高壓線電磁噪聲對野外原始數據采集干擾較嚴重，如圖2。

圖2 高壓線影響范圍圖

3 數據處理

3.1 瞬變電磁法數據處理

（1）濾波：由于勘探區內人文活動頻繁，存在較大的人文噪聲，故在資料處理前首先要對采集到的數據進行濾波，消除噪聲，對資料進行去偽存真。

（2）關斷時間校正：理論發射波形為階躍波，實際工作中由于發射框與大地間存在電容和電感，致使發射電流關斷時，不為階躍波，而為一個有一定后延時間的關斷波形，故必須將其校正到理想波形狀態。

（3）圓滑：由于野外采集的數據很可能上下跳動，甚至有些測點不符合電磁場衰減的規律，必須進行適當的圓滑處理。

（4）視電阻率的計算：根據數據處理大定源回線的計算公式計算視電阻率。

（5）時深轉換：瞬變電磁儀器野外觀測到的是二次場電位隨時間變化，為便于對資料的認識，需要將這些數據變換成電阻率隨深度的變化。

（6）反演：對野外數據進行反演，得到地電斷面的電性特征，結合實際地質資料和測井資料進行綜合解釋。

3.2 可控源音頻大地電磁測深法數據處理[4-6]

（1）選擇有效的干擾波去除辦法

本區電磁噪聲主要為工業電流干擾，區內人文干擾強烈。為了避免過多數據進入近場區，本次勘查工作收發距選擇為r=7 km，相對而言較大的收發距下接收到的信號強度相對較小，容易受到干擾。故本區根據干擾噪聲的各自不同特點，充分利用CMTpro 與MTsoft2D 兩套系統的優勢，對其進行壓制與剔除。

（2）靜校正方法的選擇

地震勘探解釋的理論都假定激發點與接收點是在一個水平面上，并且地層速度是均勻的。但實際上地面常常不平坦，各個激發點深度也可能不同，低速帶中的波速與地層中的波速又相差懸殊，所以必將影響實測的時距曲線形狀。

靜效正有許多方法來做，比如：曲線平移法、數值分析法、聯合反演法、直接二維反演法等，本次工作中采用了曲線平移法和帶地形二維反演法進行。

曲線平移法：在一個局部小的范圍內，深部地層可以看成連續性較好，那么相鄰測點在沒有地質異常的情況下一定是連續的。因此，可以結合已有的地質剖面資料判別各曲線不連續是由地下異常體還是靜態效應引起的，對于受靜態效應影響的曲線可以通過曲線平移的方法來校正。曲線平移法可以通過求取視電阻率曲線和背景值曲線的相關性、與周圍測點曲線的相關性、相位曲線的連貫性來綜合判別。如圖3、圖4。

圖3 校正前單點視電阻率曲線

圖4 校正后單點視電阻率曲線

（3）反演解釋方法

資料的反演解釋過程中，采用了曲線平滑、插值以及曲線分析、靜校正對原始資料進行預處理，對部分測點的高頻畸變和飛點借助相位資料進行恢復，并對原始資料進行靜態校正，以保證視電阻率曲線不受靜態畸變的影響。CSAMT 資料的定性解釋主要通過對曲線類型、視電阻率-頻率擬斷面的分析可以把握基底隆凹變化，并為進一步資料解釋打下良好的基礎。

4 成果對比分析

兩種方法，如圖5 在縱向上電性分層能力相當，瞬變電磁早期道效應明顯影響了其對淺層地層的電性層劃分。在選擇合理的采集參數情況下兩種方法均能達到勘探深度。在橫向上兩種方法對異常分辨能 力 相 當，對180～204 及216～250（CSAMT）、234～250（TEM）兩處低阻異常均有良好的反映。在抗干擾能力方面，CSAMT 抗干擾能力更突出一些。在剖面116 和136 點存在兩條高壓線，通過試驗線CSAMT 與TEM 視電阻率斷面等值線對比圖可發現，在100～144 段瞬變電磁受干擾程度較大，CSAMT受干擾程度較小。這也是由方法本身決定的，TEM接收的是供電場結束后的感應場，屬于寬頻接收，這樣感應信號及干擾信號同時接收，無法徹底將兩種信號分離出來。而CSAMT 屬于單頻接收，只接收固定頻率信號，因此有效地去除了由于工業電引起的干擾信號，所以其抗干擾能力會好一些。

圖5 TEM 和CSAMT 對比圖

5 結論

通過本次對比試驗研究發現，可控源音頻大地電磁法（CSAMT）比瞬變電磁法（TEM）工作效率高，抗干擾能力強，對低阻異常體反應靈敏，可以更準確地圈定富水異常體，更好地為煤礦防治水帶壓開采奧灰富水異常區探查提供技術支撐，為煤礦安全生產奠定了基礎。