基于瞬變電磁法小窯物探參數(shù)試驗分析

王鵬霏(霍州煤電呂能臨化龐龐塔煤礦， 山西 呂梁 033200)

1 前言

瞬變電磁法其基本原理是利用不接地線圈(當然也可用接地導(dǎo)線)供脈沖電流，在地下激發(fā)起二次渦流，在一次場斷開后觀測其渦流形成的二次場(瞬變場)及其衰減態(tài)勢,可解釋地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。這是因為瞬變場的參數(shù)強度及延遲時間是與地下地質(zhì)體的幾何參數(shù)和電性參數(shù)有關(guān)。良導(dǎo)地質(zhì)體(如含水體)尺寸越大,導(dǎo)電性越好，瞬變場強度越大且熱損耗越小，故衰減越慢,延遲時間就越長。據(jù)上述特征就可判斷被探測的賦水體幾何位置和埋深。

某礦生產(chǎn)規(guī)模300萬t/a，面積13.263 9km2。該礦工業(yè)廣場位于臨縣木瓜坪鄉(xiāng)吉家莊村，礦井采用斜井開拓，分采區(qū)開采5上、5、9號煤層，5號煤層分叉處5煤與5上煤層合并開采。掘進工作面全部采用綜掘機掘進，主要巷道采用料石砌碹支護，部分采用錨噴，掘進工作面巷道全部采用錨網(wǎng)梁支護。采煤方法為綜合機械化長壁式低位放頂采煤法，全部垮落法控制頂板。

為了更好地完成地面小窯物的勘探任務(wù)，在進行野外數(shù)據(jù)采集之前，進行了試驗工作。試驗工作的主要目的是了解勘查區(qū)的地電條件、施工條件、干擾背景以及煤層采空積水區(qū)的地球物理特征等，通過有效試驗，以便選擇最佳工作方法和裝置參數(shù)。單點試驗選取在鉆孔P104附近的DSY- 1點和鉆孔P105附近的DSY- 2點進行。試驗線選在勘查區(qū)外北部的推斷存在采空積水地段進行。

2 儀器選擇

本次勘探投入的瞬變電磁儀器為TEM- 6強源瞬變電磁儀。TEM- 6型瞬變電磁勘探儀主要參數(shù)：

(1)強場源：儀器供電電流最大為1 500A，極大的增強了信噪比和勘探深度。

(2)以便攜機為主體，具有多種實時處理功能，采用軟硬件結(jié)合方法壓制和補償50Hz工業(yè)電流干擾，補償儀器零點漂移，剔除輸入信號的最大誤差值，數(shù)字濾波，任意次數(shù)疊加，替位平均，各種平滑處理，多測道的疏密平均等[1]。

(3)儀器測量部分選用高速16位A/D，采用高精密的芯片以及快速比較器組成“一次到位”的浮點放大器，使系統(tǒng)的總精度優(yōu)于0.5%，滿足詳查指標的要求，儀器備有自校零功能，在測量時間內(nèi)，儀器零點漂移被完全補償，工作非常穩(wěn)定。

3 儀器試驗分析

根據(jù)本區(qū)特點及瞬變電磁法的要求，試驗工作包括工作裝置、供電電流、供電脈寬、供電次數(shù)等，同時進行參數(shù)有效性試驗和噪音水平試驗[2]。

3.1 參數(shù)試驗

1) 裝置試驗

供電電流300A、供電脈寬4ms、供電次數(shù)8次疊加，分別用5m×5m單匝中心回線和10m×10m單匝中心回線。從圖1可以看出使用兩個不同邊框時，曲線形態(tài)相近，考慮勘查區(qū)地形起伏變化較大和煤層埋深較大，為了加大有效探測深度，所以使用10×10m單匝中心回線裝置。

圖1 不同發(fā)射邊框衰減曲線對比圖

2)供電電流試驗

裝置10m×10m單匝中心回線，供電脈寬4ms，供電次數(shù)8次，分別使用230A、300A和350A的供電電流。從圖2可以看出用350A和300A的供電電流時信噪比高，曲線形態(tài)圓滑，可以有效壓制干擾；使用230A的供電電流時衰減曲線尾部不穩(wěn)定，綜合考慮選定電流為300A。

圖2 不同供電電流衰減曲線對比圖

3)供電脈寬試驗

裝置為10m×10m單匝中心回線、供電電流300A，分別使用4ms和8ms的供電脈寬。從圖3上可以看出兩曲線形態(tài)相似，考慮供電脈寬越大，耗電量越大，所以供電脈寬選定為4ms。

圖3 不同脈寬衰減曲線對比圖

4)供電次數(shù)試驗

裝置為10m×10m單匝中心回線、供電電流300A、供電脈寬4ms，分別使用4、8、16次疊加。從圖4可以看出使用4次疊加時，尾部出現(xiàn)浮動，有干擾信號影響正常衰減形態(tài)，使用8次和16次疊加時曲線形態(tài)相似，同時考慮到野外施工效率，所以疊加次數(shù)選定為8次。

圖4 不同供電次數(shù)衰減曲線對比圖

3.2 噪聲水平試驗

測區(qū)主要存在的干擾源有高壓線、地下游離電磁干擾和地面建筑物干擾，其特點是造成的干擾不可避免，隨機性較強；采用試驗合適的最大電流壓制和線框平行于地面供電線減小干擾。圖5所示為遠離高壓線干擾處同一點噪聲與采集的衰減曲線對比圖，虛線為開發(fā)射時電壓衰減曲線，實線為不開發(fā)射情況下噪聲電頻信息。從圖中可以看出，發(fā)射衰減曲線比較圓滑，噪聲信息信號在衰減曲線之下，所以各測道數(shù)據(jù)均可用。

圖5 同點噪聲與采集衰減曲線對比圖

圖6所示為垂直高壓線走向不同距離對比圖，供電電流300A、供電次數(shù)8次、發(fā)射框單匝10m×10m中心回線時，離高壓線40m的曲線衰減形態(tài)圓滑，可以判斷該高壓線影響范圍為左右各40m。

圖6 垂直高壓線走向不同距離對比圖

4 結(jié)論

從以上試驗得出本次地面瞬變電磁勘探初步設(shè)計參數(shù)合理，可以滿足本區(qū)勘探目的，物探最終參數(shù)為：供電電流為300A，采樣道45道，供電次數(shù)8次供電脈寬4ms，發(fā)射框為單匝10m×10m，中心回線。