瞬變電磁法資料解析中的標(biāo)志特征

楊占軍

【摘 要】瞬變電磁法是當(dāng)前煤田水文地質(zhì)勘探的首選方法。它具有施工效率高、純二次場觀測、對低阻體敏感、形態(tài)簡單、分辨能力強、剖面測量和測深工作同時完成、不受地形影響等優(yōu)點。由于瞬變電磁法是一種間接性的地球物理勘探方法，所以在對其資料解析時，要結(jié)合已有的地質(zhì)資料來進(jìn)行，并要求符合地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)律和特點。本文對利用瞬變電磁法探測煤礦采空區(qū)時資料解析的要點進(jìn)行了分析，提出了標(biāo)志特征的概念，對瞬變電磁法的資料解析具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】瞬變電磁法 采空區(qū) 資料解析 標(biāo)志特征

瞬變電磁法（亦稱時間域電磁法，英文縮寫為TEM），是采用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測在地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場，從而探測地下介質(zhì)的電阻率的一種方法。簡而言之，瞬變電磁法就是利用電磁感應(yīng)定律的原理，通過測量斷電后各個時間段的二次感應(yīng)渦流場隨時間變化的規(guī)律，得到不同深度的地電特征，從而判斷地下地質(zhì)體的性質(zhì)和空間分布規(guī)律，用于探查礦產(chǎn)資源和地質(zhì)構(gòu)造的方法。瞬變電磁法的優(yōu)點是施工效率高、純二次場觀測、對低阻體敏感、形態(tài)簡單、分辨能力強、剖面測量和測深工作同時完成、不受地形影響。它是當(dāng)前煤田水文地質(zhì)勘探的首選方法，可應(yīng)用于探查巖溶洞穴與通道、煤礦采空區(qū)、深部不規(guī)則含水體等富水性地質(zhì)體在地下空間的位置和分布形態(tài)。

1 技術(shù)特點

與其它地球物理勘探方法一樣，瞬變電磁法也屬于一種間接的探測方法。而且由于我國地域遼闊、地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型多樣，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)域性和復(fù)雜性使得不同地區(qū)的成礦、成水條件也不盡相同。所以，在對利用瞬間電磁法獲取的資料進(jìn)行解析時，一定要結(jié)合所在區(qū)域的地質(zhì)資料和已有的地質(zhì)成果，與其他勘探方法有機(jī)配合，資料解析要符合地質(zhì)規(guī)律。而不宜隨意照搬套用其他地區(qū)的解釋數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，否則容易導(dǎo)致做出錯誤的判斷。在具體工作中，要充分利用已經(jīng)掌握的地質(zhì)資料，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律，采用局部與整體、平面與縱向相結(jié)合的分析方法來標(biāo)示、追蹤異常，并把獲得的地電信息識別出來。首先要依據(jù)前期試驗結(jié)果總結(jié)出的已知采空區(qū)TEM異常的響應(yīng)特征，對工作區(qū)內(nèi)TEM斷面圖進(jìn)行解釋，劃出斷面圖上采空區(qū)的分布，同時充分考慮相鄰斷面之間的關(guān)聯(lián)性，然后把斷面解釋的采空區(qū)放到平面圖上以圈出采空區(qū)的分布范圍。在瞬變電磁法資料解析的過程中，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)是確定資料解析中的標(biāo)志性數(shù)據(jù)特征。

2 實例

山西盂縣某礦是由若干小煤礦整合而成，主要開采石炭系上統(tǒng)太原組9號和15號煤層。為摸清井下采空區(qū)分布及其富水性，利于今后煤礦生產(chǎn)的安排，2014年對其進(jìn)行了瞬間電磁法探測。

根據(jù)已知測井資料結(jié)合本次物探成果以及地質(zhì)資料分析：第四系地層廣泛分布于井田內(nèi)，厚0～50m，平均厚15.00m，巖性為粘土，視電阻率變化范圍較大，一般在10～70Ω？m；在斷面圖中部分厚度小于30m處于盲區(qū)中。煤系地層主要由二疊系下統(tǒng)下石盒子組、山西組以及石炭系上統(tǒng)太原組、中統(tǒng)本溪組組成，巖性主要為灰色砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、灰?guī)r等，視電阻率為40～120Ω？m。奧陶系為煤系基底，巖性主要為灰?guī)r，視電阻率一般大于100Ω？m，呈現(xiàn)相對高阻。若巖溶發(fā)育，視電阻率呈現(xiàn)相對低阻。當(dāng)存在陷落柱時，斷面中視電阻率等值線梯度變化較大。若陷落柱富水，則呈現(xiàn)相對低阻；若陷落柱不富水，則呈現(xiàn)相對高阻。

本次勘探的目的層9號、15號煤層賦存于石炭系上統(tǒng)太原組。瞬變電磁法資料解析中的標(biāo)志特征如下：（1）煤層未開采時，9號煤層視電阻率一般在80～130Ω？m；采空區(qū)富水時，9號煤層視電阻率一般小于60Ω？m；采空區(qū)不富水時，9號煤層視電阻率一般大于125Ω？m。（2）煤層未開采時，15號煤層視電阻率一般在40～80Ω？m；采空區(qū)富水時，15號煤層視電阻率一般小于40Ω？m；采空區(qū)不富水時，15號煤層視電阻率一般大于76Ω？m。這些數(shù)據(jù)就是本次瞬變電磁法資料解析中的標(biāo)志特征。

各測線電阻率斷面圖反映了沿測線方向上地質(zhì)體橫向上和縱向上的電性分布特征，根據(jù)電阻率等值線或色譜的形態(tài)、規(guī)模、變化特征及數(shù)值大小，可以推斷地質(zhì)體或異常的形態(tài)、性質(zhì)等，是研究目標(biāo)體電性特征的主要圖件之一。結(jié)合已知地質(zhì)資料，在斷面圖中標(biāo)出煤層，并圈定出異常沿斷面圖方向上的異常范圍。

本次瞬變電磁法施工在探測區(qū)內(nèi)共設(shè)計25條測線，結(jié)合地質(zhì)資料，提交了25個剖面，下面以C5測線為例來詳細(xì)分析其異常特征：在瞬變電磁法C5測線的視電阻率斷面中，縱向上視電阻率呈現(xiàn)低──中──低──高的變化特征，電性分層明顯，反映了地層的電性特征。淺部視電阻率值小于30Ω·m，呈現(xiàn)相對低阻，為第四系地層粘土的電性反映；中部視電阻率值介于50Ω·m～80Ω·m之間，為二疊系及石炭系地層的電性反映；深部視電阻率呈現(xiàn)相對高阻，為奧陶系地層灰?guī)r的電性反映。在樁號100～400m位置，受高壓線干擾相對較嚴(yán)重（資料處理時已完成濾波、去噪、平滑等處理工作）。在樁號900～1340m的15號煤層賦存位置，視電阻率呈現(xiàn)相對低阻且視電阻率等值線梯度變化較大，說明煤層原始形態(tài)發(fā)生變化，推斷該低阻異常為15號煤層采空區(qū)的電性反映；在樁號540～840m處，視電阻率大于76Ω·m，呈現(xiàn)相對高阻，推斷該范圍內(nèi)為15號煤層采空后的不富水電性反映；該煤層其余位置，視電阻率介于60～76Ω·m，為煤層賦存的電性反映。在樁號100～300m以及樁號440～700m的9號煤層賦存位置，視電阻率介于60～80Ω·m，推斷該位置煤層采空；在樁號960～1420m，視電阻率小于60Ω·m，呈現(xiàn)相對低阻，推斷為9號煤層采空的電性反映；在樁號860～900m，視電阻率大于125Ω·m，呈現(xiàn)相對高阻，推斷該范圍內(nèi)9號煤層采空的不富水電性反映；其余位置，視電阻率介于80～125Ω·m，為煤層賦存的電性反映。另在樁號400～500m，標(biāo)高650～950m處，視電阻率等值線梯度變化較大，結(jié)合已知資料為F2斷層的電性反映，該斷層為正斷層，落差為20m左右，傾角近75°。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉天佑.地球物理勘探概論[M].北京地質(zhì)出版社，2007：207-217.

[2] 山西陽泉盂縣玉泉煤業(yè)有限公司一采區(qū)瞬變電磁勘探報告[R].2014.