大回線源瞬變電磁法用于煤礦災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查的可行性

閻曉東

摘要：煤礦采區(qū)有著多解性與復(fù)雜性的特征，如果使用單一地質(zhì)調(diào)查方式，往往無法取得理想的調(diào)查結(jié)果，大回線源瞬變電磁法有著良好的響應(yīng)能力，可以應(yīng)用在煤礦斷層與裂隙水性評價、煤層頂板水層劃分等工作之中，該種方法可以有效防止電極接觸條件變化對測試結(jié)果產(chǎn)生不良影響，測量效率高，精確度理想。本文主要分析大回線源瞬變電磁法用于煤礦災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查的可行性。

關(guān)鍵詞：大回線源瞬變電磁法 煤礦災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查 可行性

煤礦資源對于我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的地位，在社會的發(fā)展下，煤炭開采的深度也變得越來越大，同時，煤礦的水文地質(zhì)問題也給煤礦安全生產(chǎn)帶來了一定的影響，尤其是在采掘機(jī)械化程度的提升下，煤礦地質(zhì)危害也變得越來越突出，傳統(tǒng)的物探手段可以幫助勘探人員分析出煤礦的水文地質(zhì)與地質(zhì)構(gòu)造情況，為安全生產(chǎn)工作奠定好基礎(chǔ)，但是需要耗費較大的人力、物力、財力。而將大回線源瞬變電磁法應(yīng)用在煤礦災(zāi)害地質(zhì)的調(diào)查中即可很好的彌補(bǔ)傳統(tǒng)物探手段的不足，下面就針對大回線源瞬變電磁閥在煤礦災(zāi)害地質(zhì)中應(yīng)用的可行性進(jìn)行深入的分析。

1 瞬變電磁法的原理

瞬變電磁法的調(diào)查原理就是在不接地回線中用方波電流的形式來發(fā)送出一次電磁場，再用接收線圈來接收二次渦旋電磁場，這就能夠幫助研究者利用電磁場時空分布特征來解決探測地質(zhì)、尋找礦產(chǎn)等問題。電磁場在空氣中的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)電介質(zhì)傳播速度，在一次電流被斷開時，感應(yīng)電流會逐漸向外、向下擴(kuò)散，強(qiáng)度越來越弱，最終趨于平衡，這也可以稱之為“眼圈效應(yīng)”，只要利用電磁場的變化規(guī)律就能夠分析出大地電性的變化情況。

大回線源瞬變電磁法有著良好的響應(yīng)能力，可以應(yīng)用在煤礦斷層與裂隙水性評價、煤層頂板水層劃分等工作之中，該種方法可以有效防止電極接觸條件變化對測試結(jié)果產(chǎn)生不良影響，測量效率高，精確度理想。

2 大回線源瞬變電磁法的工作原理分析

2.1 裝置模式

大回線源瞬變電磁測量裝置包括接收回線與發(fā)射回線兩個內(nèi)容，常見的測量裝置有同點回線裝置、分離回線裝置與框一回線裝置。其中，同點回線裝置根據(jù)接收線圈與發(fā)射線圈的位置，又能夠分為中心回線與重疊回線兩種形式；分離回線裝置也能夠稱之為偶極裝置；框一回線裝置也稱之為大回線定源裝置。

采用何種裝置需要根據(jù)具體的施工條件、勘探目的以及裝置特點來決定，大回線源瞬變電磁閥形態(tài)簡單，橫向分辨率高，基本不會受到旁側(cè)的影響，但是在邊線較長的情況下，會給野外施工帶來一些困難，因此，在必要的情況下，可以適當(dāng)增加接收回線與發(fā)射回線的邊長，這不僅能夠延長信號時間，還能夠有效強(qiáng)化信號強(qiáng)度，提升探測的深度。

2.2 大回線瞬變電磁法裝置與垂直磁場分布特征

大回線瞬變電磁法裝置能夠在框中同時測量多個數(shù)據(jù)點，測量效率十分的理想，其垂直分量近似均勻，不需要進(jìn)行場源校正，在一定的條件下，可以在更大區(qū)域中觀測，只要采取相應(yīng)的矯正方法即可達(dá)到理想的觀測數(shù)據(jù)，目前，大回線瞬變電磁法已經(jīng)在煤礦災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查中得到了廣泛的使用，并取得了理想的測量效果。

3 大回線源瞬變電磁法應(yīng)用在煤礦災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查的可行性分析

3.1 測量儀器

常見的測量儀器有Geonice公司的EM37、47與57，GEO公司的SIROTEM-II、III等等，這些儀器已經(jīng)開始在煤礦地質(zhì)調(diào)查中得到了廣泛的使用，目前，國內(nèi)外的單位已經(jīng)針對野外試驗進(jìn)行了科學(xué)的分析，研制出了一些勘探深度淺以及功率小的儀器。

3.2 常用的解釋方法

在大回線源瞬變電磁法的解釋技術(shù)上，常用的有一維反演與二維電阻率兩種形式，其中，二維技術(shù)還處在初步研究結(jié)果，尚未進(jìn)行大范圍的推廣和使用，三維正演能夠采用積分方程進(jìn)行解釋，但是，計算量較大，因此，其使用也受到了一些限制。在近年來，一些新型TEM數(shù)據(jù)解釋軟件出現(xiàn)，其中代表性的就是Interpex公司研制的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，系統(tǒng)計算方式有瞬變電磁閥、相位激電、頻譜激電、直流電法與大地電磁法，能夠?qū)崿F(xiàn)對塊狀模型模擬、復(fù)合板狀模型模擬以及層狀介質(zhì)模擬的計算。

3.3 預(yù)期解決的問題

大回線源瞬變電磁法雖然已經(jīng)在我國應(yīng)用了一段時間，但是主要還是應(yīng)用在找礦上，在本世紀(jì)初，開始應(yīng)用在煤礦防治與地下水勘察工作中。煤礦作為我國的重要能源，在具體的生產(chǎn)過程中，水害常常會給煤礦生產(chǎn)造成滅頂之災(zāi)。而大回線源瞬變電磁法應(yīng)用在煤礦地質(zhì)調(diào)查中可以解決以下幾個問題：第一，由于采空區(qū)問題引起的積水；第二，由于陷落柱引起的積水與導(dǎo)水；第三，由于構(gòu)造問題導(dǎo)致的巖溶水與含水層導(dǎo)通的問題；第四，由于構(gòu)造情況引起的頂板與含水層的導(dǎo)通。

4 結(jié)語

總而言之，煤礦采區(qū)有著多解性與復(fù)雜性的特征，如果使用單一地質(zhì)調(diào)查方式，往往無法取得理想的調(diào)查結(jié)果，而大回線源瞬變電磁法有著分辨率高、施工效率高、敏感度理想的優(yōu)勢，能夠?qū)ΦV區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及水文情況進(jìn)行定量評價，幫助工作人員采取相關(guān)的防治措施，該種方式是值得進(jìn)行大范圍推廣和使用的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德元，陳光明.瞬變電磁法在四川某礦水害探測中的效果[A].四川省煤田地質(zhì)局論文集[C].2010.

[2]周磊，嚴(yán)良俊，何展翔，陳小斌.頻率域線源近區(qū)（過渡區(qū)）測深理論初步研究[J].地震地質(zhì)，2010（03）.

[3]薛國強(qiáng)，李貅，底青云.瞬變電磁法正反演問題研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2008（04）.

[4]薛國強(qiáng)，李貅，郭文波，宋建平，底青云.從瞬變電磁測深數(shù)據(jù)到平面電磁波場數(shù)據(jù)的等效轉(zhuǎn)換[J].地球物理學(xué)報，2006（05）.endprint