瞬變電磁法在鉆井探測中的應(yīng)用

王麗紅，肖宏躍，卜 璐，賀 月

（成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，四川 成都 610059）

礦山地質(zhì)勘探與工程施工中經(jīng)常會遇見不良地質(zhì)現(xiàn)象[1]。由于地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有不確定性、隱蔽性和隨機性等發(fā)育特點，所以在礦山施工建設(shè)中，僅僅想要通過鉆探的手段來探測礦區(qū)內(nèi)的裂隙發(fā)育及溶蝕等不良地質(zhì)情況是很難實現(xiàn)的，且成本較高、效率較低，難以達到理想的探測效果，所以在此基礎(chǔ)上，就需要借助工程物探手段來進行探測。在礦井深部探測中，瞬變電磁法是一種快速，有效的物探方法，由于其穿透能力強、分層能力強、受隨機干擾小、信息豐富、分辨率較高、探測深度深等特點，顯著提高了該方法的探測能力，在鉆井探測中得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

1 瞬變電磁法工作原理

瞬變電磁法也稱時間域電磁法(Time domain electromagnetic methods，簡稱TEM)，是感應(yīng)類電法的一種，它是利用接地線源（電偶源）或不接地回線（磁性源）向地下發(fā)射一次脈沖磁場（一次場），在一次磁場間歇期間接收地下地質(zhì)體中感應(yīng)渦流產(chǎn)生并隨時間變化的感應(yīng)電磁場（二次場）。簡單來說，其基本原理就是電磁感應(yīng)定律。

2 工程實例

2.1 工區(qū)地質(zhì)概況

根據(jù)此次勘查礦區(qū)地質(zhì)資料顯示，區(qū)域內(nèi)地層特性較簡單。該地區(qū)場內(nèi)覆蓋層主要為第四系坡殘積（Q4dl+el）、冰水堆積（Q3fgl），該覆蓋層主要包含兩層土層結(jié)構(gòu)，土層一為耕土[3]，主要由坡體和土體表層粉土和粉質(zhì)粘土等構(gòu)成，該土層內(nèi)含有大量植物根系，層厚度約為0.3m～0.8m。土層二為塊狀碎石土，碎石的顏色主要呈現(xiàn)為灰白色或灰色，其濕度較高，該土層碎石的粒徑較小，一般在2cm～10cm之間，但是局部碎石土粒徑能達到20cm，且呈棱角狀。覆蓋層下面是基巖層，其中白云巖和千枚巖等是基礦層的主要礦物特性[4]。

2.2 儀器設(shè)備和測線布置

本次礦井勘探所采用的儀器是湖南五維地質(zhì)科技有限公司自主研發(fā)的新一代HPTEM-08高精度瞬變電磁系統(tǒng)，該探測系統(tǒng)能對礦井淺層地質(zhì)勘探能取得較好的效果且抗電磁干擾的能力較強。在本次探測中，測線根據(jù)不同的高程一共布設(shè)5條瞬變電磁剖面，各測線中的點距為5m。該儀器采集數(shù)據(jù)的主要參數(shù)設(shè)置為：天線裝置上發(fā)送線圈和下發(fā)送線圈半徑均為0.3m，上、下發(fā)送線圈的間距為0.4m；發(fā)送電壓、發(fā)送電流及發(fā)射頻率分別為12V、10A、50Hz；接收線圈的直徑及接收的有效面積分別為0.5m、200m2；其關(guān)斷時間為0.04ms，疊加周期為1000次。

2.3 資料成果解釋

瞬變電磁實際觀測的數(shù)據(jù)是每個測點在每個測道的瞬變感應(yīng)電壓，要想對資料進行下一步處理和解釋，就需要將瞬變電磁數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視電阻率、視深度等參數(shù)，其中瞬變電磁數(shù)據(jù)的處理內(nèi)容主要包括以下幾個方面，即濾波處理、關(guān)斷時間校正、視電阻率的計算以及地形校正等[5]。

通過對采集數(shù)據(jù)的處理得到測線3的剖面，測線布設(shè)走向與等高線走向大致符合，其總長為270m，點距為5m。經(jīng)過測試及分析處理得到測線3的剖面成果測試圖，如圖1所示。

圖1 測線3探測成果圖

從圖中可以看出，該剖面屬于二層結(jié)構(gòu)，表層為覆蓋層，由破碎礦物、土等構(gòu)成，該覆蓋層高程位于1700m～1710m；表層下面是基礎(chǔ)礦層，礦層的電阻率分布范圍在500Ω.m～5600Ω.m。其中樁號段為0+55～0+85m高程為1670m～1700m以及樁號段為0+145～0+165m高程為1675m～1700m的兩個區(qū)域內(nèi)的礦層電阻率相較于該深部礦層內(nèi)其他區(qū)域的電阻率更低，電阻率分布范圍主要在350Ω.m～800Ω.m，在樁號段為0+240～0+260m高程為1600m～1640m的區(qū)域內(nèi)的礦層電阻率較低，電阻率分布范圍主要在1000Ω.m～1200Ω.m，由此推測該區(qū)域為礦體較破碎、裂隙發(fā)育地區(qū)。

采用瞬變電磁法進行探測之后，結(jié)合深部礦井的鉆井資料說明，驗證了該段地質(zhì)侵蝕區(qū)的存在，與瞬變電磁法勘查解釋結(jié)果相符合?？梢缘玫剿沧冸姶欧ǎ═EM）在深部鉆井探測中效果較好，是比較成功的，達到了勘探的目的。

3 結(jié)論

本文中通過上述工程實例的資料解釋，證實了瞬變電磁法在鉆井探測中的可行性并突出了該方法在礦井深部區(qū)域探測中的特點。并且將瞬變電磁法與鉆井資料判斷出裂隙發(fā)育區(qū)域位置，不僅對鉆探工作量進行了優(yōu)化和減少，節(jié)約了一部分成本，而且還能快速、高效的對異常地質(zhì)體進行定量、半定量的解釋。由此可見，瞬變電磁法在鉆井探測中是一種快速、有效的物探方法，可以廣泛的推廣應(yīng)用。