瞬变电磁（精选12篇）
瞬变电磁 篇1
0 引言
在对数据进行采集以后,留给我们的就是室内处理的工作了。为了得到地下的地电情况,往往需要得到一系列的图件。在现阶段,由于处理解释的理论不成熟,仅仅停留在半定量半定性阶段,尽管现在有很多专家学者将地震的处理解释理论引进了瞬变电磁之中,但是总的来说还是有局限性的。发展研究属于瞬变自己的理论很有必要。牛顿说自己的成功是站在巨人的肩膀上,因此研究瞬变必须以现有的处理和解释手段为基础,摸透套路,了解其优缺点,才能完善自己。
1 主题
通过大量文献的阅读,现在主要归纳、分析、总结瞬变定性处理解释的一般步骤:
1.1 预处理
在大量的文献中,都提到这样的手段,不妨总结如下。
1.1.1 关断时间校正
蒋邦远称为斜阶跃波后沿影响校正,有坐标移动法(等效延时法)、解析法、量板法、数值计算法四种。
杨云见,王绪本,何展翔在文章中分析了关断效应的影响并对比了标移动法、Fitterman校正法、Eaton校正法三种校正方法的效果。对于全期段数据校正宜选Eaton法,对“晚期”段数据可选Eat on法,也可选坐标移动法;在选用Fitterman法时要注意是否满足使用条件。
白登海分析了关断效应对响应函数的影响,并提出了相应的处理方法和策略。
1.1.2 数据组合滤波
蒋邦远提出的三点滤波、六点滤波、卡尔曼滤波、函数拟合法五种方式。杜庆丰,管志宁,何朝明提出的方法主要包括强干扰信号剔除、测道圆滑、测点圆滑三种。张保祥、刘春华[2]采用三点自相关滤波公式用VB编制了衰减电压曲线编辑程序,来处理衰减电压V (t)/I曲线尾支出现波动。嵇艳鞠,林君,王忠[4]进行畸变分析和数值剔除。
1.1.3 弱信息增强处理
苏彦丁[8]进行了瞬变电磁资料中弱信号的提取的工作。
1.1.4 异常分离
1.2 数据处理
在经过上面的步骤后,就可以对数据进行处理了。
1.2.1 处理图件
以延时为纵坐标的多测道剖面和以延时为纵坐标勾绘的视电阻率断面图,按测道绘制视电阻率平面图等图件。
其中,某一测道的视电阻率:
式中,M为发射磁矩(即发射电流与发射回线面积之积);u为感应电动势。在得到对应测道的深度:
杨剑[3]提出了深度视电阻率断面图和等标高视电阻率平面图来绘制图件。
上述步骤后,可以用excel和surfer结合即可以绘制出图件。
1.2.2 处理软件
比较通用的数据处理与资料解释软件系统,比较有代表性的有美国Interpex公司的IXID v3电法数据处理系统;澳大利亚Encom公司推出的EMvisIon瞬变电磁法软件;中科院地质与地球物理所开发的TEMINT基于一维反演的电阻率成像软件;吉林大学地探学院开发的“GeoElec2tro电法数据处理系统”。
嵇艳鞠,林君,程德福,于生宝[7]ATEM-Ⅱ瞬变电磁仪数据处理软件的研制与应用,编写了软件包括三点平滑数字滤波(奇异值剔除)、斜阶跃波效应后沿校正、近似对数等间隔抽道、计算全区电阻率计算视深度等功能。处理软件采用了全区视电阻率进行计算和反演,比远区或近区视电阻率的近似计算方法更能完整逼真地反映地电断面结构,有助于定性定量解释。
1.2.3 资料解释
资料解释主要根据处理环节的图件来获得。
曹冰河[6]提出了时间谱法和等效电流环法进行瞬变电磁法成果资料快捷解释方法,从而做出定性的解释。通过多测道剖面上面的双峰异常和测道间的间距大小也可以来进行解释。
2 结束语
通过对瞬变电磁法勘探处理流程的综述与研究,对实际资料的处理解释有极大的现实意义。
摘要：近年来，我国经济的持续发展与新一轮的矿产普查热，推动了瞬变电磁法勘探在我国的长足发展，研究处理解释流程有很大的现实意义。
关键词：瞬变电磁,处理流程
参考文献
[1]蒋邦远．实用近区磁源瞬变电磁法勘探[M]．北京：地质出版社，1998．
[2]张保祥，刘春华．瞬变电磁法衰减电压曲线编辑程序简介[J]．物探化探计算技术，2001，(2)：77-80．
[3]杨剑．瞬变电磁异常图示方法探讨及其应用效果[J]．矿产与地质，2004，(8)：376-379．
[4]嵇艳鞠，林君，王忠．瞬变电磁接收装置对浅层探测的畸变分析与数值剔除[J]．地物理学进展，2007，(2)：262- 267．
[5]杜庆丰，管志宁，何朝明．瞬变电磁数据预处理方法探讨[J]．物探与化探，2006，(2)：67-70．
[6]曹冰河．瞬变电磁法成果资料快捷解释方法[J]．物探与化探，2004，(4)：136-138。
[7]嵇艳鞠，林君，程德福，于生宝．ATEM-Ⅱ瞬变电磁仪数据处理软件的研制与应用[J]．吉林大学学报(地球科学版)，2003，(4)：242-245．
[8]苏彦丁．瞬变电磁资料中弱信号的提取[J]．山西建筑，2007，(5)：114-115．
[9]杨云见，王绪本，何展翔．瞬变电磁法中的斜阶跃波效应及常规的几种校正方法分析[J]．物探化探计算技术，2006，(5)：129--132．
[10]白登海．瞬变电磁法中两种关断电流对响应函数的影响及其应对策略[J]．地震地质，2001，(6)：245-251．
[11]吕国印．瞬变电磁法的现状与发展趋势[J]．物探化探计算技术，2007，(10)：111-115．
瞬变电磁 篇2
用瞬变电磁法探测煤矿水害
瞬变电磁法(简称TEM法)具有简便、快捷、对低阻体敏感等优点,在寻找地下水、查明采空区、探测岩溶发育带等方面有着广泛的应用.本文以TEM法在山西某矿的应用为例,说明其良好的地质效果.
作 者：李晨 梁爽 王信文 作者单位：神华乌海能源公司,内蒙古,乌海,016000 刊 名：内蒙古煤炭经济 英文刊名：INNER MONGOLIA COAL ECONOMY 年，卷(期)：2009 “”(4) 分类号：P641.461 关键词：瞬变电磁法 视电阻率 采空区 水文地质勘探瞬变电磁 篇3
关键词：老空水 电法 探查 治理
1 概况
山西长治郊区三元南耀吉安煤业有限公司是由山西三元煤业股份有限公司（51%）控股，长治市郊区西白兔乡南村村民委员会（49%）参股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀东、中丰煤业四座煤矿重组整合而成，矿井建设规模60万吨/年，井田面积1.9707km2，现主要开采煤层3号煤。井田内3号煤层底板最低标高750m，井田内奥灰水位为639-641m。奥灰水对井田3号煤层的开采无影响。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，老空积水分布较广，原老矿均无可靠的水文地质资料，在掘进期间老空水严重威胁安全生产。
瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈观测二次涡流场的方法。勘探深度一般在120m左右，对突出危险性和灾害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断后，采取有效防治水措施，从而实现安全掘进和回采的目的。
2 工作原理
井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩（矿）体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
瞬变电磁法探测仪器为福州华虹智能科技开发有限公司生产的YCS40（A）型矿用瞬变电磁仪。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。数据采集由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。根据本次探查任务的要求和巷道条件的实际情况，采用2m×2m的多匝数矩形回线装置进行测量。根据勘探任务要求，采用多匝数线框，将线框直立于巷道。发射线框和接收线框为匝数不等，且发射线框和接收线框为一体的线框，以便于井下复杂的工作条件。主要技术参数如表1：
3 瞬变电磁法工程实例
3.1 测点布置 利用瞬变电磁法探测3102工作面运输顺槽前方是否存在老空积水。首先在3号煤皮带运输大巷，采用偏移排列测线布置，以B6导线点为中，向左侧延伸30m，右侧延伸40m，对巷道顶板15度和顺层方向进行探测；具体见测点布置及施工方案示意于图1和图2。
图1 瞬变电磁法探测测点布置及施工示意图
图2 探测区域位置示意图
3.2 物探成果 图3、图4为吉安煤业3102运输顺槽测深探测视电阻率等值线拟断面图，图中皮带大巷30m处为3102运输顺槽开口位置，横向表示探测水平距离，纵向表示探测深度。根据上图分析，3102运输顺槽掘进前方60-95m范围内存在局部高阻异常区，阻值相对较高，推测可能为前方破碎带，赋水可能性较小；在3102运输顺槽掘进方向左右两侧10m外，阻值较低，存在赋水的可能性。
根据瞬变电磁法物探成果，在3102工作面运输顺槽掘进方向两侧低阻区域进行了重点布设钻孔，对高阻正常区域也进行了少量布孔检查，全面共设计施工8孔/480m进行钻探验证，经钻探验证掘进方向前方高阻异常区为受周边采空区影响顶板破碎带，掘进方向左右两侧10m外，低阻异常区有少量老空积水，放水约120m3。钻探结果与瞬变电磁法探测的结果基本一致，保证了此条巷道安全掘进。
4 结束语
通过运用该项技术，对井田内所有掘进工作面进行超前探测，超前预测预报，对掘进工作面的水文地质条件进行探查，提前制定防治水措施，保证了安全生产。在未使用该物探技术前，掘进巷道每次超前探查都需要施工8～10个钻孔，因对掘进前方的水文地质条件不清楚，设计钻孔时没有针对性，造成钻探进尺增加，影响了掘进效率。运用物探技术后，能有的放矢的设计钻孔，针对物探中的异常块段进行钻探验证，减少了钻探进尺，提高了工作效率。通过2012～2013年的实际验证，节省资金24万元，提高掘进单头进尺20%。瞬变电磁法物探与钻探相结合的探查技术在经济上合理、技术上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘进中可以得到广泛的应用。
参考文献：
[1]潘友忠.瞬变电磁法在矿井巷道掘进前方富水性探测中的应用[J].安徽地质，2010，20（2）：126-128.
[2]李乃民，李东徽.电磁法探测深度概述[J].能源研究与管理， 2012（01）.
[3]薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度[J].石油地球物理勘探，2004（05）.endprint
摘要：吉安煤业由耀南、耀东、耀北和中丰煤业4处矿井和新增区资源整合而成。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，地面通过物探得知存在9个老空积水区约209300m3和7个物探低阻异常区，在生产建设过程中科学合理地探测老空水准确积聚位置任务繁重。通过瞬变电磁法对受水威胁掘进巷道进行超前探查，根据物探技术成果再施工探查钻孔，对水害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断，然后采取有效防治水措施进行治理，从而实现安全掘进的目的。
关键词：老空水 电法 探查 治理
1 概况
山西长治郊区三元南耀吉安煤业有限公司是由山西三元煤业股份有限公司（51%）控股，长治市郊区西白兔乡南村村民委员会（49%）参股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀东、中丰煤业四座煤矿重组整合而成，矿井建设规模60万吨/年，井田面积1.9707km2，现主要开采煤层3号煤。井田内3号煤层底板最低标高750m，井田内奥灰水位为639-641m。奥灰水对井田3号煤层的开采无影响。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，老空积水分布较广，原老矿均无可靠的水文地质资料，在掘进期间老空水严重威胁安全生产。
瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈观测二次涡流场的方法。勘探深度一般在120m左右，对突出危险性和灾害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断后，采取有效防治水措施，从而实现安全掘进和回采的目的。
2 工作原理
井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩（矿）体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
瞬变电磁法探测仪器为福州华虹智能科技开发有限公司生产的YCS40（A）型矿用瞬变电磁仪。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。数据采集由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。根据本次探查任务的要求和巷道条件的实际情况，采用2m×2m的多匝数矩形回线装置进行测量。根据勘探任务要求，采用多匝数线框，将线框直立于巷道。发射线框和接收线框为匝数不等，且发射线框和接收线框为一体的线框，以便于井下复杂的工作条件。主要技术参数如表1：
3 瞬变电磁法工程实例
3.1 测点布置 利用瞬变电磁法探测3102工作面运输顺槽前方是否存在老空积水。首先在3号煤皮带运输大巷，采用偏移排列测线布置，以B6导线点为中，向左侧延伸30m，右侧延伸40m，对巷道顶板15度和顺层方向进行探测；具体见测点布置及施工方案示意于图1和图2。
图1 瞬变电磁法探测测点布置及施工示意图
图2 探测区域位置示意图
3.2 物探成果 图3、图4为吉安煤业3102运输顺槽测深探测视电阻率等值线拟断面图，图中皮带大巷30m处为3102运输顺槽开口位置，横向表示探测水平距离，纵向表示探测深度。根据上图分析，3102运输顺槽掘进前方60-95m范围内存在局部高阻异常区，阻值相对较高，推测可能为前方破碎带，赋水可能性较小；在3102运输顺槽掘进方向左右两侧10m外，阻值较低，存在赋水的可能性。
根据瞬变电磁法物探成果，在3102工作面运输顺槽掘进方向两侧低阻区域进行了重点布设钻孔，对高阻正常区域也进行了少量布孔检查，全面共设计施工8孔/480m进行钻探验证，经钻探验证掘进方向前方高阻异常区为受周边采空区影响顶板破碎带，掘进方向左右两侧10m外，低阻异常区有少量老空积水，放水约120m3。钻探结果与瞬变电磁法探测的结果基本一致，保证了此条巷道安全掘进。
4 结束语
通过运用该项技术，对井田内所有掘进工作面进行超前探测，超前预测预报，对掘进工作面的水文地质条件进行探查，提前制定防治水措施，保证了安全生产。在未使用该物探技术前，掘进巷道每次超前探查都需要施工8～10个钻孔，因对掘进前方的水文地质条件不清楚，设计钻孔时没有针对性，造成钻探进尺增加，影响了掘进效率。运用物探技术后，能有的放矢的设计钻孔，针对物探中的异常块段进行钻探验证，减少了钻探进尺，提高了工作效率。通过2012～2013年的实际验证，节省资金24万元，提高掘进单头进尺20%。瞬变电磁法物探与钻探相结合的探查技术在经济上合理、技术上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘进中可以得到广泛的应用。
参考文献：
[1]潘友忠.瞬变电磁法在矿井巷道掘进前方富水性探测中的应用[J].安徽地质，2010，20（2）：126-128.
[2]李乃民，李东徽.电磁法探测深度概述[J].能源研究与管理， 2012（01）.
[3]薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度[J].石油地球物理勘探，2004（05）.endprint
摘要：吉安煤业由耀南、耀东、耀北和中丰煤业4处矿井和新增区资源整合而成。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，地面通过物探得知存在9个老空积水区约209300m3和7个物探低阻异常区，在生产建设过程中科学合理地探测老空水准确积聚位置任务繁重。通过瞬变电磁法对受水威胁掘进巷道进行超前探查，根据物探技术成果再施工探查钻孔，对水害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断，然后采取有效防治水措施进行治理，从而实现安全掘进的目的。
关键词：老空水 电法 探查 治理
1 概况
山西长治郊区三元南耀吉安煤业有限公司是由山西三元煤业股份有限公司（51%）控股，长治市郊区西白兔乡南村村民委员会（49%）参股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀东、中丰煤业四座煤矿重组整合而成，矿井建设规模60万吨/年，井田面积1.9707km2，现主要开采煤层3号煤。井田内3号煤层底板最低标高750m，井田内奥灰水位为639-641m。奥灰水对井田3号煤层的开采无影响。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，老空积水分布较广，原老矿均无可靠的水文地质资料，在掘进期间老空水严重威胁安全生产。
瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈观测二次涡流场的方法。勘探深度一般在120m左右，对突出危险性和灾害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断后，采取有效防治水措施，从而实现安全掘进和回采的目的。
2 工作原理
井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩（矿）体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
瞬变电磁法探测仪器为福州华虹智能科技开发有限公司生产的YCS40（A）型矿用瞬变电磁仪。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。数据采集由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。根据本次探查任务的要求和巷道条件的实际情况，采用2m×2m的多匝数矩形回线装置进行测量。根据勘探任务要求，采用多匝数线框，将线框直立于巷道。发射线框和接收线框为匝数不等，且发射线框和接收线框为一体的线框，以便于井下复杂的工作条件。主要技术参数如表1：
3 瞬变电磁法工程实例
3.1 测点布置 利用瞬变电磁法探测3102工作面运输顺槽前方是否存在老空积水。首先在3号煤皮带运输大巷，采用偏移排列测线布置，以B6导线点为中，向左侧延伸30m，右侧延伸40m，对巷道顶板15度和顺层方向进行探测；具体见测点布置及施工方案示意于图1和图2。
图1 瞬变电磁法探测测点布置及施工示意图
图2 探测区域位置示意图
3.2 物探成果 图3、图4为吉安煤业3102运输顺槽测深探测视电阻率等值线拟断面图，图中皮带大巷30m处为3102运输顺槽开口位置，横向表示探测水平距离，纵向表示探测深度。根据上图分析，3102运输顺槽掘进前方60-95m范围内存在局部高阻异常区，阻值相对较高，推测可能为前方破碎带，赋水可能性较小；在3102运输顺槽掘进方向左右两侧10m外，阻值较低，存在赋水的可能性。
根据瞬变电磁法物探成果，在3102工作面运输顺槽掘进方向两侧低阻区域进行了重点布设钻孔，对高阻正常区域也进行了少量布孔检查，全面共设计施工8孔/480m进行钻探验证，经钻探验证掘进方向前方高阻异常区为受周边采空区影响顶板破碎带，掘进方向左右两侧10m外，低阻异常区有少量老空积水，放水约120m3。钻探结果与瞬变电磁法探测的结果基本一致，保证了此条巷道安全掘进。
4 结束语
通过运用该项技术，对井田内所有掘进工作面进行超前探测，超前预测预报，对掘进工作面的水文地质条件进行探查，提前制定防治水措施，保证了安全生产。在未使用该物探技术前，掘进巷道每次超前探查都需要施工8～10个钻孔，因对掘进前方的水文地质条件不清楚，设计钻孔时没有针对性，造成钻探进尺增加，影响了掘进效率。运用物探技术后，能有的放矢的设计钻孔，针对物探中的异常块段进行钻探验证，减少了钻探进尺，提高了工作效率。通过2012～2013年的实际验证，节省资金24万元，提高掘进单头进尺20%。瞬变电磁法物探与钻探相结合的探查技术在经济上合理、技术上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘进中可以得到广泛的应用。
参考文献：
[1]潘友忠.瞬变电磁法在矿井巷道掘进前方富水性探测中的应用[J].安徽地质，2010，20（2）：126-128.
[2]李乃民，李东徽.电磁法探测深度概述[J].能源研究与管理， 2012（01）.
水上瞬变电磁勘探技术探讨 篇4
小浪底水库蓄水后,区域水文地质条件和矿井充水条件将发生重大改变,矿井水害加剧,矿井防治水难度加大,矿井水文地质条件继续向复杂方向转化。新安煤田地表仅有畛河、石寺河、北冶河等数条季节性河流,对矿井的充水作用有限。小浪底水库蓄水后,地表水将成为矿井的重要充水因素之一。新安煤田浅部曾存在数百个大小不等的小煤矿,其中有数十个小煤矿井口处于淹没区内,加之小煤矿采空区相互连通,造成小窑水与地表水连为一体,对新安煤矿等矿井构成极大水害威胁。由于受地表水、小窑水的补给充足,径流途径缩短等原因,地下含水层对矿井的充水作用也在增大。这样,新安煤田在开采过程中,在垂向上,上部受水库水的威胁,下部受底板奥灰水威胁,侧向上受小窑水威胁。
为在小浪底水库蓄水前后顺利探查新安煤田水文地质条件,探查地表水体与地下含水层之间的水力联系,圈定奥灰等主要含水层富水区域及小窑采空区存在情况,义煤集团将在小浪底水库蓄水前后对新安煤田淹没区开展水上瞬变电磁勘探,为新安煤田各矿井防治水工作提供参考和指导。
1 勘探方法
瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method,TEM)是地球物理探测中最有效的电磁方法之一。它探测深度大,分辨率高,简便易行,探测速度快,抗干扰能力强,探测效果好。其工作原理是利用发射回线向地下发射不同频率的电磁脉冲,该脉冲的下降沿产生变化的一次场并向周围空间扩散。该一次场进入地下导电介质时,便产生随时间变化的二次场,对二次场进行观测和反演解释,便可以获得地下介质的电导率值、电性分层、厚度变化、电性体埋深和产状以及地下电性结构等有关信息。
2 技术路线和方案
2.1 技术路线
研究方法遵循从已知到未知、从点到面、正演和反演相结合的方法。①对新安煤田以往的地质和物探资料进行收集整理,归纳成功经验,并为后续水上瞬变电磁勘探资料对比、分析提供素材;②选取目标区为勘探对象,并选择合适地点进行试验,使用多种勘探方法进行探测,确定较为合理的工作装置和参数;③在重点区域布置测线网进行较大范围勘探工作;④对地质、水文地质和物探等资料进行综合分析研究,最终得出结论。技术路线如图1所示。
2.2 技术方案
(1)研究新安煤田及小浪底水库淹没区域的地质和水文地质条件,选定此次水上瞬变电磁勘探技术研究的区域和范围,设计水上瞬变电磁勘探施工方案。
(2)在选定的区域和范围内,根据不同季节和淹没情况,在水上和间接性淹没区进行瞬变电磁勘探的数据采集工作,确定施工中各种影响因素,明确各个影响因素可能造成的后果,找出抑制或消除各种影响因素的办法,提高原始数据质量。
(3)对水上和间接性淹没区瞬变电磁勘探数据进行处理和资料解释,对比2次瞬变电磁勘探成果。
(4)结合新安煤田及小浪底水库淹没区域的地质和水文地质条件,查明地下含水层的分布范围和富水程度,对地表水和地下含水层、地表水和小窑水、小窑水和地下含水层及地下各含水层之间的水力联系进行分析评价,以指导新安煤田各矿井的水体下采煤工作[1,2]。
3 主要研究内容
(1)水面瞬变电磁勘探方案。研究并设计水上瞬变电磁勘探施工方法,进行现场施工、数据采集,并经数据处理后综合对比各施工方法的优劣。
(2)低阻层(水体)屏蔽问题。针对现场施工时采用的瞬变电磁装置,推导出对应的半空间水平层状介质瞬变电磁响应的解析解,计算地电模型的瞬变场曲线,研究低阻层对TEM法测深的影响。
(3)进行瞬变电磁场的二维时域有限差分(FDTD)对瞬变电磁场的数值模拟,直接在时间域观察电磁波传播和扩散的全过程,描绘不同时刻瞬变电磁场的空间分布,将地面瞬变场响应与扩散场内地质异常体的相互作用有机联系起来,展现低阻层的作用机理。
(4)对低阻层屏蔽作用的处理技术。
4 结语
(1)水上瞬变电磁勘探技术的研究应用,将极大丰富瞬变电磁法的内容和应用范围,提高新安煤田各矿井的防治水技术水平,使在小浪底水库淹没区及类似条件的煤田顺利开展水文地质条件探查成为可能,具有巨大的推广应用价值和借鉴意义。
(2)每年可为新安煤田节约井下物、钻探费用上千万元,能够有效避免因小浪底水库淹没区下水文地质条件不清而造成的透(突)水事故。同时可以解放新安煤田水下压煤约1亿t,价值600多亿元,具有巨大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]祝杰,雷宛,吴有亮.水上瞬变电磁勘探在西气东输工程中应用研究[J].工程球物理学报,2010(10):9-12.
瞬变电磁在基础工程勘察中的应用 篇5
瞬变电磁在基础工程勘察中的应用
大屯电厂厂址位于松辽沉降带东缘断裂带上,为了保证工程建筑物的安全,根据相关资料综合分析、结合工作区的地表条件,利用瞬变电磁测深方法查明厂址范围内断裂、断裂带及地下富水带的分布,达到控制四平一长春断裂的.勘探目的,为地面建筑提供帮助.
作 者：裴忠 周凯夫 陈丽杰 田雅静 王力斌 刘海涛 作者单位：吉林省煤田地质物探公司,吉林,长春,130033刊 名：东北水利水电英文刊名：WATER RESOURCES & HYDROPOWER OF NORTHEAST CHINA年，卷(期)：27(5)分类号：P631.2+21关键词：瞬变电磁测深 断裂 基础工程 勘察
瞬变电磁 篇6
摘要：本文在对瞬变电磁法探测原理的分析研究的基础上，对瞬变电磁探测的工作方法进行了研究，通过采用同点装置进行探测发现，该探测方法对低阻体反应灵敏，尤其是在矿井水文探测时，受全空间影响，信噪比提高，可对井下巷道顶底板及超前水体进行探测；在矿井水文地质探测中具有广泛的推广应用前景。
关键词：瞬变电磁矿井水数据处理矿井巷道
1 瞬变电磁法概述
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法，其数学物理基础是基于导电介质在阶跃变化的激励磁场激发下引起涡流场的问题。其测量的基本原理是:利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲电磁场，即在发射回线上供一个电流脉冲波形，脉冲后沿下降的瞬间，将产生向地下传播的瞬变一次磁场。在该一次磁场的激励下，地下导电体中将产生涡流。在一次场消失后，这种涡流不会立即消失，它将有一个过渡过程。随之将产生一个衰变的感应电磁场(二次场)向地表传播，在地表用线圈或接地电极所观测到的二次场随时间变化及剖面曲线特征，将反映地下导电体的电性分布情况，从而判断地下不均匀体的赋存位置、形态和电性特征，如图1、2所示。
瞬变电磁法与频率域电磁法同属研究二次涡流场的方法，并且两者通过Fourier变换相互关联。在某些条件下，一种方法的数据可以转换为另一种方法的数据，但是就一次场对观测结果的影响而言，两种方法并不具备相同的效能。TEM法是在没有一次场背景的条件下观测研究纯二次场的异常，大大地简化了对地质体所产生异常场的研究，提高了该方法对目标层的探测能力。此外，TEM法一次供电可测量各电磁场分量随时间的变化，相当于频率域测深各频点测量的结果，使工作效率大大的提高。
地面瞬变电磁和矿井瞬变电磁在野外在装置形式上有较大的差别，以重叠装置为例，地面瞬变电磁法野外一般采用单匝发射和单匝或多匝接收，并且发射和接收边长较大，一般大于等于25m，边长为100m的线圈装置常应用于野外找金属矿。而矿井瞬变电磁法受井下空间的限制，不能像地面那样铺成边长较大的回线装置，而是如图3采用多匝发射多匝接收的边长较小（小于3m）的重叠装置。
重叠回线装置具有下列优点:①重叠回线装置对于任何形态导体的耦合均呈最佳状况；②在围岩导电或存在良导电覆盖层的情况下，重叠回线装置始终处于等效电流环的中心部位，其响应曲线形态简单，便于分析；③重叠回线装置具有较高的接收电平、穿透深度大、测量结果便于解释分析。
2 矿井水文地质特征
孟家窑煤业5105工作面井下位于井田南部，西北部与东北部为采空区，南部为5109未采工作面。伪顶：细粒砂岩，平均厚度2.5米，缓波状层理，含煤线，岩心破碎。
工作面为一向南东方向倾斜的单斜构造，最高点位于两顺槽开口处，煤层顶板标高1640米，最低点位于工作面最南面，煤层底板标高为1610米，相对高差30米，根据周围巷道揭露，发现在工作面西北部（上部）有一条落差为0.7米的正断层，不影响工作面布置，工作面内预计没有其它地质构造，矿井地质条件简单。
影响工作面安全生产的主要水文地质因素为位于工作面上方的采空区积水，由于年代久远，采空区位置将有一定的误差，故在工作面开口时，必须向各个方向探水，建立透明的地质平台。在钻进前必须配备止水装置，以便钻透采空区后能迅速控制涌水量，防止掘进工作面发生透水事故。
3 工作面探测布置
2010年10月2日利用5105回风顺槽掘进巷道对巷道侧帮开展瞬变电磁探测，对5105外侧存在的老空区富水性情况进行探测，为该老空区探放水工作提供参考依据。
巷道迎头][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][1625.46][回6][1625.60][回7][0#][1#][2#][3#][4#][5#][6#][7#][8#][9#][10#][11#][12#][5105回风顺槽][35.6m]
图45105回风顺槽侧帮探测老空区示意图
数据采集采用重叠回线工作装置，仪器及装置相关采集参数如下：
仪器参数设置： 装置参数设置：
发射电压：12V发射线框的边长：2m
发射频率：8.3Hz匝数：18
叠加次数：128电阻要求：<=10
抑制系数：3 接收回线边长：2m
测道数：40匝数:36
记录时窗：0.008ms-864ms
4 探测结果与探采对比
图5为5105工作面回风顺槽迎头往后左帮120m段探测结果，由该图可知：当日迎头往后40m～90m处亦存在低阻反应，位于巷道右帮30m之外，表明该区域岩体中富水性相对较强，经钻探结果验证该区域为主要采空区域积水反应。
5 结论
通过对瞬变电磁法应用于矿井水文地质探测的实践可以看出，与其它电探方法相比，它具有以下几个优点：①由于断电后观测的是纯二次场异常，可以进行近区观测，因此自动消除了装置耦合噪声。可使用同点装置工作，与欲测的地质体有最佳的藕合，具有较高的探测能力，且受旁侧地质体的影响也很小，增强电性层分辨能力。②可通过选择不同的时间窗口进行观测，有效地压制地质噪声，可获得不同勘探深度。可用加大发射功率的方法增强二次场，从而增加勘探深度。③通过多次脉冲激发，场的重复测量叠加和空间域多次覆盖技术应用，提高信噪比和观测精度。④装置形式灵活多样，可随不同工程任务的要求和施工场地的条件来选择合适的装置。具有施工方便、测地工作简单、工作效率高及地质效果好等优点。⑤由于采用不接地回线，不存在接地电阻问题，特别是对于直流电法无法施工的地区，利用它可进行测量，显示了其独特的优越性。
参考文献：
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作者简介：韩玉春（1983-），男，山西朔州人，山西潞安集团潞宁孟家窑煤业有限公司，生产科，科长，文章研究方向：矿井水文地质探测。
瞬变电磁法流场探测结果分析 篇7
瞬变电磁法 ( 简称“TEM”) 是以岩石的导电性差异为基础, 通过发送脉冲场, 形成感应二次场, 并在一次脉冲的间歇时间中接受由回线或者电偶极感应, 电源采用不接地线或者接地线的形式, 在地下良好导体受到激励产生了非稳定性电磁场[4]。瞬变电磁法的工作原理如图1所示。
一般情况下, 不含水的煤岩体电阻率是极大的, 但是在现实情况下, 由于煤层内部的裂隙结构特征以及含水性, 都会导致煤层的电阻率急剧的降低[6]。
二、探测过程
本次试验工作在18 个点位进行多个方向的瞬变电磁法探测, 探测方向为压裂侧帮水平方向、仰30°方向、俯30°方向, 共计90 个物理点, 对压裂钻孔孔口100m范围进行探测, 如图2 所示。
三、探测结果分析
图3 为反演、绘制的水力压裂前、后不同方位等视电阻率剖面图, 图中纵坐标为探测深度, 横坐标为探测点位, 剖面图中蓝色→黄色→红色代表视电阻率值由低→中→高的变化, 图中不同等值线反映了其相应视电阻率值的大小。
水力压裂后煤层的导电性条件发生了变化, 煤体破裂、含水性强的煤岩体其电阻率值降低, 视电阻率变化值明显区域主要在迎头正前方5号点、30 号点的水平方向、仰30°方向以及75 号点的俯30°方向上。
四、结论
压裂影响区域具有不均匀性, 过早的将大裂隙沟通, 造成压裂液在低渗区段短路流动, 将给水力压裂的持续进行带来不利影响。
由于煤层赋存地质条件的不均匀性, 要达到理想的压裂效果, 必须要对水力压裂的工艺进行优化。由于煤层顶、底板为岩层, 其强度要大于煤层, 因此对于完整的煤层围岩, 水力压裂一般只会限制在煤层进。
摘要：基于瞬变电磁的工作原理, 利用煤层孔隙-裂隙结构电阻率的变化, 分析煤层水力压裂后流场特征以及煤体破裂、裂隙延伸扩展以及含水性增大的过程。通过采用瞬变电磁法对煤层水力压裂流场进行了相关探测, 得出了在高压水流场的作用下, 水力压裂影响半径可达30m以上并且压裂影响区域具有不均匀性, 在应力释放区容易出现水流通道, 形成卸压带。
关键词：水力压裂,瞬变电磁,水流场,电阻率,裂隙发育
参考文献
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瞬变电磁 篇8
瞬变电磁法或称时间域瞬变电磁法,简称TEM,它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场,在一次脉冲电磁场间歇期间,利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。其基本工作方法是:于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈,从而在其周围空间产生一次场,并且在地下导电岩矿体中产生感应电流,断电后,感应电流由于热损耗而随时间衰减,衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域的高频部分,衰减快,趋肤深度大。通过测量断电后不同时间的二次场随时间变化规律,可得到不同深度的地电特征。
矿井瞬变电磁法勘探是在煤矿井下巷道中进行,与地面比较矿井瞬变电磁场为全空间场,主要探测巷道周围全空间层状介质内含导水构造。
2 井下主要干扰因素及瞬变电磁响应特征分析[1,2]
2.1 井下主要干扰因素分析
矿井瞬变电磁法测量在地下几百米深度巷道内进行,探测距离100 m左右,因此,地面瞬变电磁法的地质噪声对矿井瞬变电磁法测量一般不会产生明显的影响;地面或浅部埋设的金属物位于发射回线内时,金属物能产生很强的瞬变响应,金属物愈靠近发射回线中心,根据发射回线电磁场分布特征,这种响应愈强。由于金属物与回线尺寸相比很小,因此,在局部测量点上会产生明显的强瞬变电磁响应,如果实际测量中对金属物存在不明确,可能引起错误的解释结果;井下瞬变电磁测量巷道中,周围金属物主要有铁轨、工字钢、锚杆支护、锚网、电缆、巷道侧帮排水管道和运输皮带支架等。井下实际测量结果说明,这些金属设施会产生很强的瞬变电磁响应,是矿井瞬变电磁法勘探主要噪声;系统噪声无论是地面还是井下瞬变电磁法测量均受到影响,通过选择合理的回线组合、回线大小和观测参数,可使系统噪声减弱。此外,由于澳大利亚产Terra TEM瞬变电磁仪对50 Hz和60 Hz的交流电磁场干扰有自动压制功能,因此,无论是地面或井下对工业用电电压不太高的交流电磁场的影响可忽略。
地面瞬变电磁法测量中的各种主要噪声对井下瞬变电磁法测量影响很小。通过多次井下实际测量实验分析,影响井下瞬变电磁法测量的各种噪声比地面复杂得多,而且是地面测量中很少遇到的噪声。井下瞬变电磁法测量中主要噪声为井下人文设施,主要有:巷道底板上的铁轨;工字钢支护;锚网;运输皮带支架等各种金属设施,这些金属设施在井下瞬变电磁法测量中能产生很强的瞬变电磁响应,如在巷道底板下采用重叠回线装置测量时,有铁轨地段比无铁轨地段瞬变电磁响应强几倍。
2.2 井下干扰因素瞬变电磁响应特征分析
为了进一步研究井下巷道实际的环境,分析矿井中人文设施(铁轨、工字钢、运输皮带支架、锚网等金属实施)在重叠回线装置中产生的瞬变电磁响应特征,井下试验采用2 m×2 m的多匝回线(实际测量采用的回线),制成回线组合,仪器为澳大利亚产Terra TEM瞬变电磁仪,供电电源和测量参数选择与实际测量一样。分别测量井下巷道底板上铁轨、巷道顶板和侧帮工字钢支护、锚网和底板上运输皮带支架等人文设施产生的瞬变电磁响应,并对其瞬变电磁响应特征进行系统研究。
2.2.1 铁轨瞬变电磁响应特征分析
此次巷道实验数据采集,采用重叠回线装置。巷道底板有无铁轨回线水平布置距地面0 m时的视电阻率曲线如图1所示。可见,在井下巷道底板进行测量中,底板铁轨对实际测量结果有着很强的影响,这在资料解释时要引起注意。通过比较不同间距的测量数据,使用回线距地面1 m时的布置装置测量效果好,能得到较好的数据。
2.2.2 锚网瞬变电磁响应特征分析
锚网属于巷道侧帮,测量时将回线垂直巷道。巷道侧帮有无锚网回线平行于锚网的视电阻率曲线如图2所示。比较图中两条曲线,可以看出两条曲线基本上相吻合。这说明,在井下巷道进行顶、底板含水构造探测,当回线平行于锚网时对实际测量结果影响很小,以至于可以忽略;通过进一步实验,发现回线倾斜于锚网对实际测量结果影响增强,需在资料解释中注意。
2.2.3 工字钢瞬变电磁响应特征分析
试验中回线垂直于巷道底板,有无工字钢时的视电阻率曲线如图3所示。比较图中的两条曲线,可以看出两条曲线幅值相差比较大,视电阻率幅值在有工字钢时比无工字钢时减小了好几倍。
可见,工字钢支护噪声干扰对实际测量有着很强的影响,使得视电阻率曲线幅值减小,在数据处理和资料解释时需考虑它的影响。
除上述干扰,煤矿井下还存在多种金属干扰,且无规律可循。采集数据过程中,应尽量避开或加以记录,以免影响解释结果。
3 井下干扰因素处理技术及应用
3.1 井下干扰因素处理技术
根据以上的分析研究,得出了井下铁轨、工字钢、锚网等人文设施的影响对井下瞬变电磁法测量的结果有着很强的负面影响。为了得到比较准确的测量结果,必须对实际测量结果进行一定的校正。因已知视电阻率和时间曲线,先从视电阻率着手来分析井下干扰因素的处理技术。矿井瞬变电磁法视电阻率为:
假设测量装置条件和环境都相同,没有干扰因素和有干扰因素条件下的视电阻率为分别为ρ0和ρ1,感应电位和感应电流分别为V0、I0和V1、I1,用ρ0/ρ1就得到:
令V0/I0=B0,V1/I1=B1,根据井下试验测量结果就可以得到:
式中,a为校正系数。利用这一推论可得到各时间窗口的校正系数,用实际测量结果除以各时间窗口的校正系数,得校正后视电阻率值,使数据更接近正确的地下地质信息。
3.2 实际应用
图4和图5为某矿工作面材料道TEM视电阻率断面图。本次井下探测仪器为澳大利亚产Terra TEM瞬变电磁仪,采用2 m×2 m多匝重叠矩形回线装置进行测量。在材料道中,0~200 m为工字钢支护,200~230 m没有支护,230~300 m有铁轨。采集数据过程中,在200 m和230 m两侧分别增加两个校正点,用上述方法对干扰体影响进行校正。图4中,由于受到工字钢和铁轨的干扰,资料效果很差,异常区无法确定;图5中,经过校正可很清楚地判别异常区的情况。经工作面开采揭露,所标定0~90 m和240~265 m两异常区与实际地质情况基本相符,280~300 m的低阻为巷道中电机干扰引起,没有校正。
4 结语
通过上述试验和实例,可以发现在煤矿井下瞬变电磁勘探中,存在大量强干扰体,其对资料处理和解释影响很大,必须对这些人文设施产生的噪声影响进行校正处理,以便得出正确的解释结果。本文研究了矿井瞬变电磁法测量中各种噪声的瞬变电磁响应特征和处理方法,为数据采集、资料处理和解释工作提供了一定指导。
参考文献
[1]杜庆丰,管志宁.瞬变电磁数据预处理方法探讨[J].物探与化探,2006,(2).
瞬变电磁法在工程中的应用 篇9
几年来, 煤矿采空区富水调查被广泛开展, 目的是防治水害, 避免给煤炭生产带来安全隐患。同时, 由于瞬变电磁法具有探测深度大、分辨率高、信息丰富等特点[1], 从而又被应用于矿产资源勘查等领域。
由于电子技术的快速发展, 勘查市场的旺盛需求, 加之瞬变电磁法的自身优点, 使TEM方法从仪器到方法技术均获长足进展, 并被广泛应用于金属矿勘探、油气田勘探和煤田地质勘探[2]、工程地质勘察等多领域中。
2 方法原理
瞬变电磁法是一种时间域的电磁探测方法, 简称TEM。它是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲电磁场, 介质在一次电流脉冲场激励下会产生涡旋电流:在脉冲间断期间涡旋电流不会随一次场消失而立即消失, 即有一个瞬变过程, 在其周围空间形成随时间衰减的二次磁场。二次磁场随时间衰减的规律主要取决于异常体的导电性、体积规模和埋深, 以及发射电流的形态和频率。因此, 利用线圈或接地电极观测二次磁场, 研究其与时间的变化关系, 从而确定地下导体的电性分布结构及空间形态[3]。
该方法是在关断一次场后观测纯二次场, 不存在一次场干扰的问题, 具有很多优点, 是目前在能源、矿产、水文、工程、环境等领域广泛应用的物探方法[4]。
3 工程实例
3.1 采空区积水调查
为查明采空区积水情况, 采用地面瞬变电磁测深技术探查、分析该测区内采空区积水范围及测区内断层的含导水性情况, 为该采区防治水工作的合理实施提供依据。
五虎山井田位于乌达矿务局矿区西南部, 井田内地层及构造情况分述如下: (1) 地层。井田内出露有上石炭统太原群下部 (C3T1) , 太原群上部 (C3T2) , 下二迭统山西组 (P1SH) , 上二迭统石盒子组 (P2S) 及第四系 (Q) 等地层。 (2) 构造。区内总的构造形式为产状平缓的向斜构造的一翼, 走向近乎南北, 受区域主要断层—乌达逆断层的控制。 (3) 煤层。本区煤层分层对比清楚, 沉积较稳定, 在井田范围内变化较小, 除不稳定煤层的局部块段外, 对比可靠。 (4) 井田水文地质条件。本井田地层岩性为黑灰色页岩、灰白、灰黄色砂岩, 灰黑色、黑色砂质页岩、煤层及薄层石灰岩等。砂岩裂隙发育, 透水性良好、性脆, 为本区的含水岩层。
典型测线视电阻率等值线图
由于原测线长度远远大于800m, 数量也比较大, 这里只用其中4线前800m及8线前600m作为一个解释的例子。由图1和图2并结合相关数据资料, 可见, 在-200m至-300m这个水平面上, 低阻异常 (图中绿色区域) 范围较大, 异常幅度也较大, 结合相关地质资料我们分析认为该低阻异常区应为最上面煤层采空区积水所致。
3.2 矿产资源勘查
金川镍矿区地处中朝克拉通西南边缘的龙首山隆起带。隆起带北侧与阿拉善台隆潮水断陷盆地相毗连, 南侧和祁连加里东褶皱带相接。测区内出露地层有上太古界白家嘴子组、下元古界塔马子沟组、上元古界震旦系烧火筒群、寒武系韩母山群、泥盆系、石炭系和第四系等。区内出露的地层主要为下元古界白家嘴子组的蛇纹石化白云质大理岩、黑云母片麻岩、条痕混合岩等深变质岩。地层走向N35OW, 倾向SW, 倾角40-70O。受区域性构造作用影响, 各岩性带呈近北西-南东向带状平行展布。各单元层内小的紧闭褶皱和断裂构造均十分发育, 并常发生局部倒转;甚至在较年轻的泥盆系内部也可见有形态不同的小褶曲。另外, 这里出露的老地层经历了长期的变质作用、其峰期达到高角闪岩相, 并伴有混合岩化, 地层中留下许多近熔融的柔流变形构造;这些均可导致地层的局部缺失或重复。
图3中TEM-1异常主要表现为双峰特征。在三条剖面的地电断面上, 上下低中间高的特征, 地电断面上表现出局部电阻率降低的复杂变化范围, 宽度达200m左右, 69线因TEM-1异常拱形特征的影响, 地电断面上表现为纯低电阻率, 不是伪视电阻率。
晚时道响应电位异常大于0.1, 68线和69线已超过0.6 (Co、Ni异常对应较好、地表见较厚的混合和大理岩) 。67线为对称宽双峰特征, 68线为不对称双峰特征, 69线为极不对称或拱形特征, 据此可以推测出三条剖面上低阻体的形态、产状和位置。从图3宏观上可以看出浅部近百米深度内为低阻层;下面两百多米深度为相对高电阻率地质体分布的范围, 高阻层位多与老地层有关;深部又渐变为低阻。从局部异常特征上看, 与响应电位双峰异常对应的电阻率异常, 则呈两侧低中间高的特征。对于重叠回线装置的瞬变电磁法, 响应电位高表明电阻率低, 响应电位低则表明电阻率高。对双峰特征的异常, 恰好是中间高阻两侧低阻。大功率TEM法已经在该三条剖面上发现一些低阻体的异常, 在地电断面上划分出一些断裂构造部位 (图3) 。
4 结论与建议
瞬变电磁法是近年来电法勘探领域发展较快的一种重要方法。相对于其它地球物理方法, 瞬变电磁法具有探测深度大、分辨率高、信息丰富等特点, 被广泛应用于工程的各个领域, 尤其是在煤矿采空区调查及资源勘查中更是得到了广泛的应用, 从而为防治地质灾害的发生、深部矿产资源的勘探提供必要的依据。
本文主要针对瞬变电磁法在煤矿采空区富水情况调查及在资源勘查方面的应用, 列举了部分工程实例, 从瞬变电磁法的实际应用中, 我们不难发现其优点, 也得到了很好的效果。
任何方法都有其局限性, 瞬变电磁法也不例外, 多解性为其主要特征, 因此, 我们必须加强与地质资料的结合程度, 尤其是钻探资料, 避免在资料解释中出现大的偏差与错误。
摘要：近年来, 由于瞬变电磁法具有多方面的优点, 加之工程建设的需要, 瞬变电磁法被广泛的应用到各个领域。本文简要介绍了其基本原理, 从瞬变电磁法的实际应用出发, 介绍了瞬变电磁法在野外工作中的应用, 取得了很好的效果, 同时也提出了一些建议供广大物探工作人员参考和借鉴。
关键词：瞬变电磁法,采空区,矿产勘查
参考文献
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瞬变电磁 篇10
1 瞬变电磁工作原理
瞬变电磁法 (Transient Electromagnetic Methods, TEM) 是一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法。其基本原理是测量强大的脉冲源 (如方波的下降沿或上升沿) 所感生的随时间变化的二次场。由于这些变化的二次场是脉冲源所感生的涡流场在地下扩散过程中地电介质的电磁散射场, 因此包含了丰富的地电信息, 通过对这些信息的提取和解释, 从而达到探测地下电性介质的目的。
TEM使用的人工场源通常有2种:①电源。它向具有一定间距的一对电极发射电流, 产生一次电场信号。②磁源。它通过向地面铺设的大回线发射大电流, 产生一次磁场信号。对应于磁场源观测系统的工作装置有多种。基本观测原理是发射机向铺设在地面的水平矩形线圈Tx中发送周期性、双极性方波大电流, 当电流突然中断时 (对应于方波正极性的下降沿和负极性的上升沿) , 即形成阶跃脉冲源。脉冲源在下半空间中激励起感应涡流场以阻止一次场的衰减, 在脉冲电流关断瞬间, 涡流主要集中在Tx附近的地表, 随后, 此涡流开始扩散到下半空间中。在切断电流后的任意晚期时间内, 感应电流呈多个层壳状的环带形, 这些环带构成二次发射源, 在地表感应出的磁场, 就是所测量到的二次磁场。通过反演、成像和解释, 即可探测得到关于地下地质体的大小、导电性等丰富信息, 并可推断出赋存位置、埋藏深度及产状等。
2 试验方法
本次瞬变电磁工作采用大定源回线装置, 发射线框大小为800 m×800 m, 发射频率6.25 Hz , 积分时间30 s, 增益采用24～25, 发射电流10 A。在回线装置、发射线框、发射电流不变的情况下, 通过改变其他参数做干扰试验, 从中找出减小或避免铁路对瞬变电磁野外采集工作干扰的方法及措施, 尽量保证原始采集资料的真实性。
2.1 测点选择
试验点选取1600勘探线3940～4340测点, 2600勘探线4980～5040测点, 2560勘探线5040测点, 2520勘探线5060测点。分别采用了30, 60, 120 s积分时间进行观测, 每个测点重复观测3次。
2.2 试验参数
(1) 积分时间。
选取适合于该区的积分时间以保证干扰得到有效压制, 观测数据稳定可靠, 重点试验30, 60, 120 s。
(2) 发射电流大小。
试验10.0, 11.5 A。
(3) 增益大小。
通过试验选取合适的增益, 保证早期数据不溢出, 晚期数据能保证勘探深度, 选择范围20～26倍。
(4) 铁路影响范围。
距离铁路20, 40, 60, 80, 100 m, 电压衰减曲线形态。
3 结果分析
(1) 图1为距铁路40 m测点 (1600线, 4040点) 30 s积分时间与60 s积分时间对比。2条电压衰减曲线圆滑程度较差, 30 s积分时间最后2道数据为负值, 无法使用, 60 s积分时间最后2道数据为正。60 s观测数据相对30 s观测数据较好。
(2) 图2为距铁路60 m测点 (1600线, 4060点) 30 s积分时间与60 s积分时间对比。 30 s积分时间曲线最后4道数据不圆滑, 60 s积分时间无畸变点, 整体圆滑。通过对比可以看出, 延长积分时间可以减小铁路的干扰。
(3) 图3为距铁路80 m测点 (2600线, 5000点) 30, 60, 120 s积分时间对比。30 s积分时间曲线最后1道数据为负, 60 s积分时间曲线已经达到稳定状态, 120 s时间最后1道数据出现随机干扰, 偏离曲线衰减趋势较远。
(4) 图4为距铁路100 m (2600线, 4980点) 测点30, 60, 120 s积分时间对比。从曲线圆滑程度看, 曲线均达到了稳定状态, 受铁路干扰较小。
(5) 图5为距铁路60 m测点 (2560线, 5040点) 11.5 A电流与10 A电流比较。从曲线形态可以看出, 曲线衰减规律一致, 11.5 A电流衰减曲线相对更为稳定。可见, 加大电流可以减小铁路影响。
(6) 图6为距铁路40 m测点 (1600线, 3960点) 采用60 s积分时间观测3次的电压衰减曲线, 从曲线形态看3次数据基本一致, 尾支个别点出现畸变, 说明数据已经稳定, 可以对3次数据取平均的办法减小铁路的干扰, 在后期数据处理时可以采用滤波的办法使曲线尽量圆滑。
(7) 图7为距离铁路60 m测点 (1600线, 3940点) 采用60 s积分时间电压衰减曲线, 从电压衰减曲线来看, 距离铁路60m曲线整体圆滑, 可以利用。
(8) 图8为距离铁路40 m测点 (1600线, 3960点) 电压衰减曲线, 曲线尾支出现畸变, 后2道数据为负值。前28道数据可用。
(9) 图9为距离铁路20 m测点 (1600线, 3980点) 电压衰减曲线, 曲线整体出现畸变, 还能看出曲线有衰减的形态, 在后期资料处理时可采用滤波的办法使曲线尽量圆滑。
(10) 图10为在铁路上的测点 (1600线, 4000点) 电压衰减曲线, 曲线严重畸变, 不可用, 所以在数据采集时采用偏移点位的办法来减小铁路的影响。
(11) 图11为1600线多测道剖面图, 4000点为铁路位置, 从剖面图可以看出, 距离铁路20 m以内为强干扰区, 30道数据均出现畸变, 距离铁路40～60 m为弱干扰区, 后5道数据出现上翘的情况。为此, 建议将距离铁路20 m范围内的测点舍弃。
4 结语
从试验情况看, 铁路对数据质量的影响是无法避免的, 只能尽量减小铁路的影响。减小铁路干扰的措施如下:
(1) 延长积分时间。在铁路附近测点采用60 s积分时间观测, 干扰得到有效抑制, 观测数据稳定可靠。
(2) 增加电流。在可能的情况下, 采用尽量大的发射电流, 以获取最大的激励磁场, 增加信噪比, 抑制干扰。
(3) 增加观测次数。铁路附近测点观测3次, 采取取均值的办法减小铁路影响。
(4) 减小增益。在铁路附近测点适当减小增益, 保证早期的数据不溢出, 晚期数据能保证勘探深度。
(5) 数据处理采用滤波处理, 使曲线尽量圆滑。
(6) 距离铁路20 m范围内的测点因干扰严重, 建议舍弃。
瞬变电磁 篇11
【关键词】地质 物探 地基处理
地质勘探时通过各种手段与方法对地质进行勘查、探测的活动，在经济社会不断发展的今天，将科学技术与勘探技术完美结合是实现地质勘探现代化的重要举措，下面结合相关项目实际情况，分析网络并行直流点法和瞬变电磁法在工程建设中的应用。
一、项目概况
和平村棚户区改造建设工程位于淮南市八公山区，西面为八公山风景区，东侧为新庄孜煤礦，和平村项目位于淮南市八公山区，小区规划总用地面积约38.6公顷。淮南市八公山区为岩溶灾害高发区域，经地质灾害危险性评估和分析，规划区有岩溶塌陷、膨胀土变形二种地质灾害。整个小区划分为地质灾害危险性大区和中等区，建设用地适宜性为事宜性差和基本适宜。
为确保工程建设安全，在工程设计前，对该评估区进行详细的工程地质勘查，进一步查明建筑物下岩溶的发育情况，以便采取合适的防治措施。根据规划情况，初步确定探查区域为规划布置的高层区域，主要探查内容如下：采用高密度电阻率法和瞬变电磁法探查该区岩溶发育情况，由于本区住户密集，对于不适宜采用高密度电阻率法的区域重点选用瞬变电磁方法；探查地表以下深度为50m以上的岩溶发育情况。
二、选择物探方法的探测原理
1、网络并行直流电法探测原理
电法探测拟采用网络并行电法进行探测。探测使用的仪器为并行网络电法仪，该仪器的最大优势在于任一电极供电，可在其余所有电极同时进行电位测量，可清楚地反映探测区域的自然电位、一次供电场电位的变化情况，采集数据效率比传统的高密度电法仪又大大提高，是电法勘探技术的又一次飞跃，是国内率先使用的方法。
2、瞬变电磁探测原理
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地下传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V（t），就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。
三、探测技术应用
1、两种物探方法的应用
（1）电法勘探
根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，寻找不同类型有用矿床和查明地质构造及解决地质问题的地球物理勘探方法。
主要的应用范围：广泛应用于提防隐患探测；用于水文、工程、环境的地质勘探及高分辨率电阻法工程地质勘探；用于煤矿采空区、人防工程及卡萨特地区溶洞等勘探；用于金属和非金属矿产资源的勘探和地热勘探。
（2）瞬变电磁法
瞬变电磁法也称时间域电磁法，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。
瞬变电磁法探测具有如下优点：由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感；无地形影响；异常响应强，形态简单，分辨能力强；剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息；不受高阻层的屏蔽影响，能穿透高阻层，并采用空间多次覆盖技术，提高信噪比和观测精度；剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息，减少多解性。
2、探测方案设计
根据现场情况，共设计10条电法测线，横测线（东西方向）编号为Res-Y1～Res-Y4，纵测线（南北方向上）编号为Res-X1～Res-X6，电法点距5.5m；全区电法测线共10条，测线总长为2955.5m，测点总数为576个点
瞬变电磁测线布置11条测线，其中纵测线5条，编号为TEM-X1～TEM-X5，横测线6条，编号为TEMY1～TEMY6。测线总长为3104m，测点总数为307个点。
3、数据处理与解释
由于网络并行电法数据采集方式和常规电法数据有一定区别，因此在数据处理技术与处理流程上有独特的特点。本次数据的预处理在本物探中心和东华测试有限公司联合编制“网络并行电法解析系统”处理平台上进行。数据处理的重点为三维电阻率反演，直接利用地面不规则测线的空间坐标建立三维反演模型，选用EarthImager 3D软件平台，可获得测区范围内三维电阻率数据体，成果图选用了surf8.0和AtuoCAD软件进行辅助成图。处理步骤为：数据解编——突变电位、电流剔除——AGI格式导出——三维建模——3D电阻率反演——结果成图。
瞬变电磁数据处理在MSD平台上进行，处理流程为：数据转换-数据点平滑-测点坐标校正-晚期视电阻率计算-时深转换-剖面成图。
4、数据分析解释
从地质条件上分析地下溶蚀地质条件的存在使得灰岩地层的电性发生明显变化，电性的变化不仅与溶洞的溶蚀程度及范围有关同时也受溶洞充填物影响。即灰岩溶洞在充水或充泥条件时阻值较低，而充填物较少或溶洞空腔则为高阻反映，在雨季表现低阴，在枯水期又表现出高阻。由于溶洞、风化程度的差异使得灰岩具有很强的结构不均性一，因此在介质弹性上具有很强的波阻抗差异，并且表现出低频，衰减变慢等特征。基于上述所分析的溶蚀区地球物理条件，以此为解释原则结合本工程地质条件对本次岩溶探查结果进行初步分析解释。
本次综合物探勘查根据电法、瞬变电磁法电阻率在平面和剖面上分布的均一程度将探查区划分为1区、2区和3区共三个区，在平面位置上1区位于探查区西南，2区位于泄洪沟两侧，3区位于探查区东北，在电阻率分布上1区和3区均一性差，2区均一程度相对较好。三个分带区同本区的地质层位基本对应，由于不同年代灰岩差异风化等因素使得1区和3区溶蚀程度较高，基岩界面处溶沟、石芽等溶蚀地貌发育，2区溶蚀程度相对低，灰岩完整性相对较好。通过物探勘察，查出了部分异常情况，基本探明地下岩溶分布，为降低受测区建筑物及其他设施的影响，对本次物探异常点加强岩土工程勘察验证，进一步探明异常区的具体工程地质特征，以便采取更加得当的地基处理措施。
四、结束语：
实践表明，在工程地质勘察中，尤其是在地质灾害易发区域进行工程建设时，单纯利用一种勘探手段，往往不能取得良好的勘查效果，而多种勘探手段有机的综合使用，往往可取得事半功倍的效果。淮南市属于岩溶多发区，利用工程物探手段，提前探明规划区地质条件，尤其是断层以及岩溶分布情况，对下步工程钻探具有较强的指导意义，避免了工作的盲目性。
参考文献
[1]岩土工程勘察规范 GB50021-2001
[2]浅层地震勘查技术规范 DZ/0107-1997
[3]电阻率测深法技术规程 DZ/T0072-93
瞬变电磁 篇12
由于矿井瞬变电磁法使用的仪器具有体积较小、探测方向性强、分辨率高、对低阻区敏感等优点, 已成为煤矿水害探测的较佳选择方法[1]。煤矿井下瞬变电磁法在探测水害源与异常地质结构体工作中,巷道内侧帮与顶底板的金属锚杆、锚网,以及大型机电设备运行过程中的电磁干扰等,都将影响瞬变电磁探测最终的数据处理与结果解释。
为此,针对上述干扰源,瞬变电磁技术需要新的解决方案: 瞬变电磁发射电流维持恒定值; 增加发射功率,提高信噪比,便于在深部探测中提高探测精度[2]。根据这种需求,设计了一款最大发射电流可达500 A的恒流型瞬变电磁仪。
1瞬变电磁仪组成
根据瞬变电磁仪的工作原理,可以将其分为发射机与接收机两部分。发射机主要功能是通过发射天线发送电流,在发射电流期间,发射天线在其周围空间产生一次电磁场[3]。接收机主要功能是通过接收线圈,采集一次场关闭后的瞬间由于电磁感应在天线周围空间产生的二次电磁场信息。接收机测量并记录二次磁场随时间变化的响应数据,将该数据送入数据处理软件,由专门的处理软件分析出地下的地质信息。
所设计的瞬变电磁仪见图1,发射机主要由微处理器、大容量蓄电池( 12 V/60 Ah) 、PWM控制器、 大功率MOS管,以及大功率电感、霍尔传感器、隔离驱动器等组成。接收机主要包括接收线圈、信号放大处理电路、24位AD采集、数据处理、显示和存储等。
2恒流源设计
本设计中的瞬变电磁仪,采用脉宽调制方式 ( PWM) ,以类似“开关电源”的原理实现恒流。首先由MCU通过其自带的DA预设一个电流值给PWM控制器,其控制场效应管的开关,同时,霍尔传感器实时检测负载上的电流,并反馈给PWM控制器, PWM控制器通过对比预设电流值与实际负载上的电流,快速控制场效应管的导通和关闭,实现恒流[4,5]。
采用UC3823芯片作为PWM控制芯片, UC3823芯片由振荡器、PWM比较器、PWM锁存器、 输出驱动器、限流比较器、过流比较器、基准电压源、 故障锁存器、软启动电 路、欠压锁定 等组成[6]。 PWM控制器UC3823芯片的外围电路设计见图2。 UC3823芯片使用中需要设置PWM振荡频率、预设电流初值、实际电流值[6]。振荡频率设置由5脚和6脚完成,振荡频率f = 1. 5 / ( RtCt) 。本系统设计振荡频率为40 k Hz,见图2,选取R81= 12 kΩ,C71= 33 n F。 本设计中的电流初值设定,由微处理器通过软件完成。测量实际电流值使用霍尔传感器CHB-1000SH, 其量程达到1 000 A,完全满足设计中最大500 A的测量要求。
3大电流H桥及其驱动设计
使用的H桥式电流导向电路中,最重要的是能承受500 A电流以上的场效应管,而且要求场效应导通电阻小,开关速度快,关断时间短[7]。H桥式工作电路见图3,H桥电路使用的开关管为VMO55001F型场效应管。VMO550 -01F型场效应管耐压可达100 V,瞬态电流可以达到2 360 A,而且导通电阻小( 2. 1 mΩ) ,开关速度可达到1 MHz。为了防止仪器长时间工作,导致场效应管发热致使器件烧毁,在使用中,VMO550-01F场效应管需要安装散热片。
本仪器设计的发射电流高达500 A,在电流导通与关闭瞬间,由于电磁感应原理,场效应管之间会产生较大的反向电压。为防止反向电压烧毁场效应管及其驱动电路,本设计采用隔离驱动来控制大电流H桥,采用4个KP101型隔离驱动模块实现H桥的隔离驱动,图4为单独一个KP101隔离驱动的电路设计图。采用这种隔离驱动设计,可以保证驱动信号传输基本无延时,控制信号与场效应管的源级、漏极完全隔离,只提供驱动电平,即提高场效应管工作时的可靠性[7]。
4接收信号处理
瞬变电磁仪接收到的二次场信号的特点是早期信号幅值大,但衰减快( 在几十微秒内,信号幅值由几伏迅速衰减到毫伏级) ; 而中晚期信号幅值小,但衰减缓慢( 由毫伏级衰减至接近接收机的背景噪声, 需要时间在几百毫秒甚至几秒以上) 。要分析浅层的地下地质结构与异常,就要记录早期的瞬变信号; 要分析深层的地质结构,就要记录晚期的瞬变信号[8]。根据以上特点,对仪器设计的要求是前期AD采集要求速度高,相对分辨率不需要太高,而晚期信号需要AD分辨率高,速度相对较低[8]。本设计提出双高速A/D技术,利用其高采样率、高分辨率来满足以上两种需要,使接收机既具有大勘探深度的能力,同时又保证了浅层勘探的分辨率[9]。
图5为瞬变电磁接收机的组成图,接收机工作时,接收天线接收到的二次场信号经过放大、滤波等处理后,进入双AD采样器。由FPGA控制器通过时序控制AD采样,采样完成后,FPGA控制器通过模拟SPI时序与ARM嵌入式系统通讯,将采集数据传输给ARM嵌入式系统。由ARM处理器完成对两个A / D的数据合并、叠加、抽道等处理,并最终在显示器上显示探测结果。本设计中接收机选用的AD采样器型号为ADS1672,其采样率为625 k SPS,分辨率为24位。因此,ADS1672可以兼顾瞬变电磁接收二次场早期信号需要采样速度快,而晚期信号需要分辨率高的要求[10]。
5应用效果
目前,500 A超强功率瞬变电磁仪在四川、山西、 陕西、河南、安徽等地煤矿开展了推广应用。在四川华蓥山某矿,采用500 A瞬变电磁仪对该矿一掘进面进行探测,探测时发射机发射电流设置为500 A, 发射周期160 ms,叠加次数为64次,其探测解释成果见图6。
从图6中可以清晰看到,在巷道迎头70 m开始,有一个低阻异常体。结合现场地质情况,判断该异常体为含水煤层,需要谨慎掘进。矿方对该次探测结果详细分析后,确定异常应为富水区,暂停施工并打钻探测,发现前方约60 m出水量明显增加,矿方立即开展排放水工作,直至险情彻底排出之后才继续掘进。
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