瞬變電磁法大定回線源裝置實(shí)驗(yàn)研究

張魯珩　翟培合　宋永文

摘 要：采用瞬變電磁法對(duì)目標(biāo)體進(jìn)行探測(cè)，就必須先確認(rèn)裝置類型及相應(yīng)的裝置施工參數(shù)。在施工中為了確定裝置參數(shù)并使得生產(chǎn)更加合理有效，施工前應(yīng)在已知位置進(jìn)行試驗(yàn)工作。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁法；煤礦防治水；裝置參數(shù)

引言

煤礦防治水工作一直是煤炭生產(chǎn)的重中之重，對(duì)于礦區(qū)的一些煤系地層，其上覆含水層厚度大，水文地質(zhì)工作量不足，當(dāng)遇有導(dǎo)水?dāng)鄬印⒏凰惓^(qū)時(shí)，有發(fā)生涌水和突水的可能性。因此，需要對(duì)礦區(qū)的水文地質(zhì)進(jìn)行地面瞬變電磁勘探，探查主采煤層上部含水層中賦水異常的位置、范圍及其相對(duì)強(qiáng)弱，為煤礦防治水綜合技術(shù)的研究及礦井安全生產(chǎn)中需采取的有效措施提供參考依據(jù)。

大定源回線裝置是瞬變電磁法常用裝置中重要的一種，其施工難度小、效率高、成本低，經(jīng)常用于地面勘探。文章采用澳大利亞生產(chǎn)的Coal TEM儀器，采用大定源回線裝置，將發(fā)射回線邊長(zhǎng)定為500m×500m、600m×600m、700m×700m三種類型，輔以2.5Hz、6.25Hz兩種工作頻率來(lái)進(jìn)行此次試驗(yàn)。試驗(yàn)根據(jù)所要完成的地質(zhì)任務(wù)及目標(biāo)層（體）的埋深，選擇不同大小的發(fā)射線框及不同的收發(fā)頻率，觀測(cè)對(duì)目標(biāo)地層或地質(zhì)體的電性反映情況，從而確定最佳施工參數(shù)。[1]

1 瞬變電磁法原理

瞬變電磁法是以不接地回線或接地電極通以脈沖電流為場(chǎng)源，以激發(fā)探測(cè)物的二次電流，在脈沖間隙間用線圈或接地電極測(cè)量二次場(chǎng)隨時(shí)間變化的響應(yīng)，從而解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的時(shí)間域電磁法。

瞬變電磁具有時(shí)間的可分性與空間的可分性。這使得瞬變電磁法具有探測(cè)深度大、不受地形起伏影響、裝置類型多樣、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。瞬變電磁法廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘探、構(gòu)造探測(cè)、水文與地質(zhì)工程調(diào)查等領(lǐng)域。[2]

2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 儀器及參數(shù)選擇

試驗(yàn)使用澳大利亞生產(chǎn)的Coal TEM儀器，它是專業(yè)的瞬變電磁勘探設(shè)備，與一般的多功能電磁工作站不同，不用考慮其它電磁方法而犧牲瞬變電磁勘探的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)具體的地質(zhì)任務(wù)結(jié)合礦區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行分析可知：本次探測(cè)目的層深度應(yīng)控制在地表以下250～700m范圍內(nèi)即可。根據(jù)瞬變電磁勘探的方法理論，小線框無(wú)法達(dá)到所需的勘探深度，故本次試驗(yàn)優(yōu)選邊長(zhǎng)500m、600m和700m的發(fā)射框作為發(fā)射源，并輔以2.5Hz、6.25Hz兩種工作頻率，選擇的采集積分時(shí)間不小于15秒，發(fā)射電流不小于16A。

2.2 實(shí)驗(yàn)區(qū)域

本次瞬變電磁法測(cè)區(qū)地層在縱向上呈現(xiàn)明顯的“高-低-高”的電性特征。當(dāng)?shù)貙虞^均勻且沒(méi)有含水構(gòu)造或富水區(qū)時(shí)，其電性在橫向上呈現(xiàn)均勻變化的特征；反之，地層電性橫向變化將不再均勻，會(huì)出現(xiàn)明顯的低電阻率或突變的特征。地層這種橫向和縱向上電性變化規(guī)律及電性差異，使得我們使用儀器探測(cè)地層賦存水體成為可能。選擇良好的野外試驗(yàn)區(qū)域，該區(qū)域地勢(shì)較平坦，局部有起伏，基本可以代表整個(gè)測(cè)區(qū)。在此區(qū)域中存在一條10號(hào)測(cè)線，測(cè)點(diǎn)之間的間距為50m，我們選擇其中5個(gè)測(cè)點(diǎn)為觀測(cè)點(diǎn)。

2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)分為三組進(jìn)行：

第一組：發(fā)射框500m×500m，工作頻率

2.5H進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析；

第二組：根據(jù)第一組試驗(yàn)結(jié)果，選擇試驗(yàn)參數(shù)，若第一組達(dá)到勘探深度或大于勘探深度，則選擇6.25Hz進(jìn)行試驗(yàn)，否則，選擇600m×600m的發(fā)射框，工作頻率2.5Hz進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

第三組：根據(jù)第二組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，若第二組達(dá)到勘探深度或大于勘探深度，則試驗(yàn)6.25Hz的工作頻率，否則，選用700m×700m的發(fā)射框，工作頻率2.5Hz對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析；若勘探深度達(dá)到或大于勘探深度，則試驗(yàn)6.25Hz的工作頻率，并進(jìn)行分析對(duì)比。

3 分析研究

圖2為10線1750-1950號(hào)測(cè)點(diǎn)電位衰減曲線，從圖2中看不同發(fā)射線框電位衰減曲線均較為平滑，部分曲線尾支有跳變現(xiàn)象，如圖2a）中10-1950、圖2b）中10-1900等。說(shuō)明隨著探測(cè)時(shí)間的增加與探測(cè)深度的增大，所采集的電位信號(hào)越來(lái)越小，對(duì)噪聲的壓制作用也越來(lái)越低。

圖1為圖2數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算及反演分析所得，為地層電性的視電阻率等值線斷面圖。從圖1中可以看出，從-200--600范圍內(nèi)，三種發(fā)射線框所反映的地電特性均為“高-低-高”的趨勢(shì)。隨著探測(cè)深度的不斷增大，數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯下降，如圖1a）和圖1c）中，在550m以下的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了突變的數(shù)值，使得斷面無(wú)法正常反映深度550以下的地層電性信息，圖1b）的數(shù)據(jù)質(zhì)量相對(duì)較高，但是600m以下數(shù)據(jù)仍然不均勻，無(wú)法達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求。所以試驗(yàn)中選用的700m、600m及500m反射線框，2.5Hz的發(fā)射頻率，均無(wú)法達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?，也無(wú)法完成規(guī)定的地質(zhì)任務(wù)。

根據(jù)以上的試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析認(rèn)為，繼續(xù)試驗(yàn)優(yōu)先選用600m的發(fā)射線框和6.25Hz的收發(fā)頻率，試驗(yàn)地點(diǎn)不變。實(shí)測(cè)電位衰減曲線如圖3所示，從圖3中看出，衰減曲線比較光滑，曲線尾支沒(méi)有出現(xiàn)跳變現(xiàn)象，數(shù)據(jù)質(zhì)量較高。圖4為圖3試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)反演計(jì)算所得的地層電性的視電阻率斷面圖。從圖4中看出，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果能較好的反映勘探區(qū)域地層在縱向上“高-低-高”的電性特征，且等值線較為平緩，勘探深度大于800m，符合本次勘探任務(wù)的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上實(shí)驗(yàn)的分析對(duì)比，得出以下結(jié)論：（1）通過(guò)改變發(fā)射線框的邊長(zhǎng)以及發(fā)射頻率，可以改變探測(cè)深度，得到較好的勘探數(shù)據(jù)。（2）本次瞬變電磁法勘探的裝置參數(shù)為600m的發(fā)射線框，6.25Hz的發(fā)射頻率，不小于15秒的積分時(shí)間，不小于16A的發(fā)射電流。

參考文獻(xiàn)

[1]張華，曹軍.瞬變電磁法多匝重疊小回線裝置實(shí)驗(yàn)研究[J].地震地質(zhì)，2010，32（1）：90-97.

[2]薛國(guó)強(qiáng).瞬變電磁法理論與應(yīng)用研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2007（4）：1195-1200.

[3]劉國(guó)興.電法勘探原理與方法[M].北京：地質(zhì)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：張魯珩（1990-），男，山東泰安人，山東科技大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈厍蛭锢砜碧健?/p>