不同瞬變電磁儀在礦山采空區(qū)勘查試驗效果討論

殷保全

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質勘查局，新疆 烏魯木齊 830011）

近二十多年來，近代電子技術及計算機技術的不斷引入，促進了時間域瞬變電磁儀器方法技術向著智能化、高精度、大深度方向取得了重大發(fā)展。時間域瞬變電磁法應用領域不斷擴大，新技術、新觀測系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，在金屬礦、非金屬礦、油氣藏資源勘查及水、工、環(huán)、災害調(diào)查中取得了引人注目的地質效果，國內(nèi)外的眾多廠家開發(fā)出了多種應用領域不同、性能各異的瞬變電磁設備[1]。

1 采用儀器設備及工作方法

對比試驗中分別使用GDP32Ⅱ和V8多功能電法工作站瞬變電磁測量系統(tǒng)，野外采集均采用中心回線裝置，觀測探頭或線圈在發(fā)射線框中心區(qū)域的均勻場，保證邊框影響減至最小[2]。在某煤礦區(qū)明顯的塌陷區(qū)，試驗剖面與有鉆孔和密集巷道采空的典型地質剖面重合。兩種設備的野外數(shù)據(jù)采集參數(shù)見表1。

表1 GDP32Ⅱ和V8多功能電法工作站

為了盡可能排除外界因素的影響，兩種設備采集數(shù)據(jù)時，做了如下處理：①剖面地形基本平坦，每一個線框僅觀測線框中心單一測點，產(chǎn)生的耦合最強，觀測到的是均勻場數(shù)據(jù)。②使用同一發(fā)射線框，電阻率為1.5歐姆·米，每一個測點的發(fā)射線框直到兩種儀器觀測完畢后，再移動線框至下一個測點位置。③采集點設立明顯標志，接收探頭或線圈中心的位置相同。④一臺儀器觀測完畢，立即連接另一臺儀器進行采集，時差極短，保證了電磁干擾環(huán)境相同。⑤為了減少環(huán)境電磁場或其它人文電磁場的干擾，在盡量不損失淺層信息的前提下，采用盡量大的發(fā)射電流，以獲取最大的激勵磁場，增加信噪比，壓制干擾（見表1）。⑥在保證早期衰減曲線不出現(xiàn)平頭的前提下，采用盡可能短的關斷延時。⑦數(shù)據(jù)預處理。

由于斜井、采礦巷道、平硐、地上及井下電力設施、鉆機等因素的影響，首先剔除干擾信號引起的個別跳躍較大的采集道。TEM野外采集的數(shù)據(jù)進行歸一化計算后采用TEM PRO編輯計算時窗，依據(jù)衰減曲線掐頭去尾，導出預處理數(shù)據(jù)。通過IX1D V3軟件采用平滑模型、層狀模型分別進行一維BOSTICK或OCCAM反演，再經(jīng)2D ANALYSIS二維反演生成真電阻率數(shù)據(jù)文件。初始電阻率、層數(shù)及最大反演深度等反演參數(shù)設置相同，保證了反演結果的有效對比。

2 二次場響應值衰減特征

在剖面上選擇有代表性的三個測點，將歸一化感應電場衰減曲線進行對比（見圖1.A），發(fā)現(xiàn)GDP32Ⅱ儀器采集數(shù)據(jù)的電磁響應值整體上高于V8采集數(shù)據(jù)的響應值，基本在一個數(shù)量級左右，說明早期道GDP32Ⅱ采集的數(shù)據(jù)幅值大，信號強度高；中期道，兩種儀器采集的數(shù)據(jù)均出現(xiàn)了突變，但V8采集的數(shù)據(jù)變化幅度大，異常特征明顯；晚期道兩種儀器采集的數(shù)據(jù)均緩慢衰減，但是V8儀器采集時間較長，且曲線衰減趨勢平緩，信噪比較高[3]。

3 資料的定性解釋

從圖1.B和圖1.C兩種不同儀器采集的采空區(qū)原始響應曲線來看，早、中期規(guī)律相似，由于淺表層第四系及強風化破碎砂巖的影響，在剖面上1～11道感應電壓信號非常強，曲線平穩(wěn)，剖面中部略向下凹陷，僅在個別測點有較大幅度，反映高阻地質體的異常，說明淺層存在采空區(qū)，與煤礦密集的采煤巷道吻合較好。隨著時間的推移,探測深度相應增大,感應信號越來越弱。中晚期（11道以后），響應曲線形態(tài)變化劇烈，不同儀器采集的曲線形態(tài)受到不同程度的干擾影響。GDP32Ⅱ采集的原始數(shù)據(jù)電磁響應幅值較高，但曲線在4700-4780點之間出現(xiàn)100-101μV/A密集顯示的高值區(qū)，說明二次感應磁場趨于飽和。

與水平厚板狀低阻體的瞬變響應特征吻合，但與巷道采空實際情況不符。4640-4700點出現(xiàn)低值區(qū)，疑似采空區(qū)引起。這個特征說明GDP32Ⅱ在第15個時窗之后采集的數(shù)據(jù)已經(jīng)無法有效反映中深部目標體的信息，在定性解釋時應排除晚期道的干擾假象.對雙峰異常要多加關注。

4 試驗效果對比分析

判斷采空區(qū)的存在，主要依據(jù)地層電阻率值幅值和形態(tài)來決定。反演計算發(fā)現(xiàn)以4700點為界，中淺部高阻地層特征基本相似，存在不連續(xù)的兩處明顯的高阻異常，厚約70m～80m，與巷道中實際采空情況吻合。但在斷面中深部，電阻率異常特征差別較大。①兩種儀器采集的數(shù)據(jù)采用IX1D V3軟件在相同參數(shù)下反演結果在標高1500米以淺，均顯示為較厚的中高阻地層，形態(tài)相似，但GDP32Ⅱ采集數(shù)據(jù)在中淺部的分辨率較高，細節(jié)更豐富，能識別規(guī)模較小地質體的特征。②在反演斷面圖中可以看出，GDP32Ⅱ采集數(shù)據(jù)在標高1500米以深顯示為低阻地層，特別是在4640～4720點深部出現(xiàn)高阻，4720～4780點為低阻層，這個特征與巷道中反應的地質情況不一致，說明，在1500m以深的反演電阻率已經(jīng)失真，在解釋推斷時要注意。③V8采集數(shù)據(jù)反演電阻率圖顯示4700～4780點出現(xiàn)形態(tài)完整的高阻層，厚度約180m。物性資料顯示，煤層及含煤地層具有高電阻率特征，不含水的采空區(qū)具有最高的電阻率。因此，認為標高1570以深的高阻體極有可能是采空區(qū)引起的，延深較大。通過與鉆探資料對比,可發(fā)現(xiàn)由V8瞬變電磁儀測得的數(shù)據(jù)進行反演所得的結果與鉆探成果非常吻合。

5 結語

綜合來看，兩種瞬變電磁儀對采空區(qū)的勘探效果良好。但在相同的工作環(huán)境中采用相同的工作裝置及參數(shù)，不同瞬變電磁儀的分辨能力和勘探能力是存在差別的。分辨率方面，GDP32Ⅱ瞬變電磁系統(tǒng)瞬變響應信號較強，在中淺部具有橫向分辨率高，細節(jié)豐富的特點，在識別一些小規(guī)模目標體上有優(yōu)勢。V8瞬變電磁系統(tǒng)響應信號稍弱，淺部對小規(guī)模目標體分辨率不高。

勘探深度方面，在當前裝置參數(shù)下，GDP32Ⅱ瞬變電磁系統(tǒng)相較V8瞬變電磁系統(tǒng)要淺，其有效勘探深度約100米；而V8瞬變電磁系統(tǒng)能達到260米的有效深度，在尋找中深部目標體時，具有明顯優(yōu)勢。

在抗干擾能力方面，兩種設備均采取多種措施提高信噪比，包括壓制工頻干擾，采用重復疊加觀測、增加觀測頻率等。但兩種設備采集數(shù)據(jù)中晚期道均受到不同程度的干擾影響，GDP32Ⅱ瞬變電磁系統(tǒng)響應畸變相對較重，V8瞬變電磁系統(tǒng)部分測道畸變。另外，關斷時間短信息量大，關斷時間長，將失掉淺層信號，減弱二次場強度，直接影響探測效果。GDP32Ⅱ第一采樣時窗時間T=52.62μs，V8第一采樣時窗時間T=89.42μs，因此V8采集數(shù)據(jù)的淺部信息損失較多。因此，野外生產(chǎn)中要因地制宜，通過多種參數(shù)試驗和結合勘探目標選取合理的裝置參數(shù)及儀器設備，方能取得最好的勘探效果。