瞬變電磁法在礦井水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用分析

韓設(shè)民

江西省冶金設(shè)計院有限責任公司，江西南昌 330046

0 引言

長期以來瞬變電磁法是礦井勘探中應(yīng)用最廣的勘探技術(shù)，瞬變電磁法本身具有的高效率、低成本、精度高的特點因而在礦井水文地質(zhì)勘探中得以大力發(fā)揮。瞬變使得人們更快速、更方便地了解礦井水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而為進一步地煤礦開采打下了堅實的基礎(chǔ)。

1 瞬變電磁法的工作原理

瞬變電磁法是一種通過觀察地質(zhì)結(jié)構(gòu)或水文結(jié)構(gòu)的自身差異來判斷水文地質(zhì)的方法。瞬變電磁法主要是通過不接地回線和接地線緣發(fā)送地下一次脈沖場，然后再通過一次脈沖場來激勵標的物產(chǎn)生二次場，二次場是在地下良導地質(zhì)體被激勵下，產(chǎn)生的不穩(wěn)定磁場。瞬變電磁法對于地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的了解，主要是通過接受二次場在一次脈沖間歇之際的發(fā)送。

瞬變電磁法在礦井勘探中，被廣泛應(yīng)用在尋找礦井水源、積水老窯和涌水水道中。在傳統(tǒng)的勘探開采中，針對高阻圍巖中的低阻地質(zhì)氣體的尋找尤其是一個難題。但是利用瞬變電磁法由于其自身對于低阻地質(zhì)氣體很敏感因而它可以很方便地找到這一氣體。瞬變電磁法具有自動消除噪聲的功能，它對現(xiàn)實地形的影響也極低，它可以實現(xiàn)和探測目標的有效耦合。這種方法看似簡單，但是它的分辨能力極強。

2 瞬變電磁法施工

在瞬變電磁法的施工中要重視的一是施工儀器，二是施工方法的選擇。施工儀器的選擇，直接決定著施工效率，影響著施工進度的快慢。慎重選擇施工儀器是施工的首要步驟，也是重要步驟。在施工過程中，針對施工方法的選擇也呈現(xiàn)這樣的特點，施工方法的選擇必須根據(jù)礦井自身的實際狀況來進行選擇。

1）施工儀器

在選擇施工儀器的時候，一般都采取的是TEM-47（增強型）瞬變電磁儀，這種電磁儀它的探測精度高，基本上可以全范圍的探測，盲區(qū)很小。在進行參數(shù)設(shè)置時，接收機PROTEM-RECEIVER 的時間門一般都會設(shè)置成二十比三是。系統(tǒng)分辨率則要設(shè)置成為29 位，發(fā)射機的頻率一般是30，15，285Hz。

2）施工方法的選擇

在施工前要專門確定施工方法，只有在施工方法確定了以后，才能施工，這樣可以避免施工過程中，因為各種因素而不知所措。確定科學地施工方法是提高施工效率的重要保障。在采用瞬變電磁法施工的時候，一般均采用的是偶極布置方式，偶極布置方式具有精度高的特點，適合在運輸巷道條件下施工。瞬變電磁法在施工過程中對于地下低阻地質(zhì)異常體非常敏感，它在判斷水層、富水性和水文地質(zhì)構(gòu)造中應(yīng)用最廣泛。

3）工程資料數(shù)據(jù)的收集和整理

在施工過程中，要加強對原始資料的收集，要及時根據(jù)已經(jīng)測到的數(shù)據(jù)進行微機處理，對于每個每個地理測點測到的數(shù)據(jù)要及時進行整理，及時通過微機計算，并繪制出電阻率斷面圖。電阻率斷面圖的精確繪制能為將來的定性分析和定量分析提供重要依據(jù)，是進行科學勘探的首要步驟。在數(shù)據(jù)處理的時候，首先要把畸變點排除出去，其次要利用各種預(yù)處理軟件如TEM Pro，進行處理。同時還要對二次電位進行更為詳細地內(nèi)插，通過內(nèi)插來實現(xiàn)更細致地分層，并計算出電阻率。在計算出電阻率后，在利用SURFEER 等軟件來繪制模型圖。

利用瞬變電磁法所得的各個數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)，并不能直接進行解釋，還需要把它變?yōu)橐暽疃取⒁曤娮杪实戎饕獏?shù)。只有在進行充分轉(zhuǎn)換后，才能進行資料解釋。資料的處理也包含多個步驟，它是通過多步驟地執(zhí)行最終完成的。資料處理主要包括濾波、關(guān)段時間校正、視電阻率的計算、反演、地形校正、繪制圖件等步驟。在處理完各種數(shù)據(jù)后，形成電阻率斷面圖和水文平面圖。礦井工作人員可以根據(jù)這兩幅圖中所呈現(xiàn)的特點，特別是要通過觀察地層相對高低電性的分布并結(jié)合礦井實際水文地質(zhì)資料，來得到礦井富水性和礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的立體分布信息，富水性能是根據(jù)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的立體分布信息算出來的。

瞬變電磁法施工主要包括的環(huán)節(jié)是施工前施工儀器的選擇和施工方法的制定，而后就是資料的整理和數(shù)據(jù)的處理。施工階段是數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)處理是為了更精確地分析礦井水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

在考察完資料收集的整體步驟后，再來了解一下目前我國瞬變電磁法的解釋技術(shù)，是做好數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵。瞬變電磁法的即使技術(shù)主要是通過一維反演和二維反演。這兩種解釋技術(shù)是是目前最為成熟也是應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)，三維反演技術(shù)雖早已提出，但是由于其技術(shù)還不成熟且限于資金實力，它離實際應(yīng)用還有很大差距。三維正演是目前比較完善的技術(shù)，它主要是通過積分方程、有限源和有限差分算法來實現(xiàn)。目前，二維、三維正反演面臨的最大難題是正演計算量過大的問題。

3 運用瞬變電磁法需要注意的地方

在運用瞬變電磁法的過程中，我們會遇到許多問題。在長期的實踐中，人們積累了不少寶貴經(jīng)驗，這些經(jīng)驗是做好瞬變電磁法的保障，我們在運用瞬變電磁法進行礦井水文地質(zhì)勘探的時候，應(yīng)對這些問題予以重視。

1）施工前要做好充分調(diào)研。施工前，地質(zhì)勘探人員必須要結(jié)合礦井的實際地貌地質(zhì)條件，選擇非常具有典型意義的點位進行儀器穩(wěn)定性試驗，發(fā)射頻率試驗和固定增益試驗。之所以要在開工前進行上文的一系列試驗，主要是為了在施工過程中，更加精確地掌握礦井的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這樣能保證數(shù)據(jù)的真實性；

2）在對礦區(qū)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)及水層的富水性能，作出定量分析或者是定性分析時必須要和礦區(qū)的實際情況結(jié)合在一起，來進行考察。在施工前或者在施工過程中，要認真研讀礦區(qū)水文地質(zhì)構(gòu)造的相關(guān)資料以及礦區(qū)附近的采掘資料。這樣做能使勘探結(jié)果更精確；

3）瞬變電磁技術(shù)還有待進一步研究。雖然說瞬變電磁法具有上文提到的多種功能，但是在地質(zhì)勘探中，我們也會發(fā)現(xiàn)瞬變電磁法還有很多值得改善的地方。例如，瞬變電磁法受地形的影響很大，它對小于十米的斷層異常，在豎向反應(yīng)上不是太敏感。最值得注意的是瞬變電磁法分層能力是受很大限制的。間距在十米左右的富水性能，它基本不起作用。這種現(xiàn)象值得我們重視。以上種種缺陷都說明，瞬變電磁技術(shù)還有待進一步研究。

瞬變電磁法自身具有非常多的優(yōu)點，它在礦井水文地質(zhì)勘探中應(yīng)用廣泛，我們在運用瞬變電磁法的時候，一定要以嚴謹科學地精神來對待。

[1]于景邨，劉志新，劉樹才，湯金云.深部采場突水構(gòu)造礦井瞬變電磁法探查理論及應(yīng)用[J].煤炭學報，2007(8).

[2]劉志新，于景村，郭棟.礦井瞬變電磁法在水文鉆孔探測中的應(yīng)用[J].物探與化探，2006(1).