張同華 袁明旺 張秀軍

(肥城白莊煤礦有限公司，山東 肥城271623)

1 瞬變電磁法簡(jiǎn)介

可控源電磁法(CSEM∶Controlled Source EM Methods)，是采用可以控制的人工場(chǎng)源來(lái)測(cè)量電磁場(chǎng)，通過(guò)計(jì)算視電阻率和視深度以達(dá)到探測(cè)地下電性分布的目的。 可控源電磁法分為時(shí)間域和頻率域，可控源時(shí)間域電磁法(Time domainelectromagnetic methods)，或稱瞬變電磁法(Transient electromagnetic method)，簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)EM。 它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖磁場(chǎng)， 在一次脈沖磁場(chǎng)的間歇期間，利用線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法。瞬變電磁法的發(fā)射回線和接收回線組成測(cè)量裝置，工作過(guò)程分為發(fā)射、電磁感應(yīng)和接收三部分。當(dāng)發(fā)射回線中通以階躍電流I ，該穩(wěn)定電流突然切斷后，根據(jù)電磁感應(yīng)理論，發(fā)射回線中電流突然變化必將在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)稱為一次磁場(chǎng)，一次磁場(chǎng)在周?chē)鷤鞑ミ^(guò)程中，如遇到地下良導(dǎo)電的地質(zhì)體，將在其內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流，又稱渦流或二次電流。由于二次電流隨時(shí)間變化，因而在其周?chē)之a(chǎn)生新的磁場(chǎng)，稱為二次磁場(chǎng)。

由于良導(dǎo)電體內(nèi)感應(yīng)電流的熱損耗，二次磁場(chǎng)大致按指數(shù)規(guī)律隨時(shí)間衰減。 二次磁場(chǎng)主要來(lái)源于良導(dǎo)電地質(zhì)體的感應(yīng)電流，因此它包含著與地質(zhì)體有關(guān)的地質(zhì)信息，二次磁場(chǎng)通過(guò)接收回線觀測(cè)，并對(duì)所觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，解釋地下地質(zhì)體及相關(guān)的物理參數(shù)。

由以上分析可知，瞬變電磁法是在無(wú)一次場(chǎng)背景的情況下來(lái)觀測(cè)純二次場(chǎng)，其主要的噪聲源不同于頻率域電磁法(FEM)；就此而言，二者是不等價(jià)的。較好。

第三，進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波處理。 可以選擇無(wú)相移數(shù)字濾波、三點(diǎn)濾波、卡爾曼濾波、函數(shù)擬合、綜合濾波(無(wú)相移數(shù)字濾波與函數(shù)擬合法相結(jié)合的一種混合方法)以及手動(dòng)濾波方式。 每種濾波方法的效果是不一樣的，這里選擇了三點(diǎn)濾波和函數(shù)擬合，效果較好。

最后，通過(guò)以上處理步驟，在此系統(tǒng)的解釋軟件中可自動(dòng)計(jì)算視電阻率值、繪制初步的視電阻率斷面圖、并產(chǎn)生相應(yīng)的可由Surfer 軟件處理的xyz 格式的數(shù)據(jù)資料，根據(jù)相關(guān)信息，通過(guò)Surfer 軟件繪制出最終的結(jié)果圖。

圖1 瞬變電磁數(shù)據(jù)處理及解釋流程圖

2 瞬變電磁法野外數(shù)據(jù)采集

本次勘探采用美國(guó)Zonge 公司生產(chǎn)的GDP-32Ⅱ型多功能電法工作站， GDP-32Ⅱ?qū)倜绹?guó)Zonge 工程公司的第四代可控源和天然場(chǎng)源電法和電磁法探測(cè)多通道接收機(jī)， 是目前國(guó)際上最先進(jìn)的地電磁系統(tǒng)。

本次勘探采用大定源回線裝置，大定源回線裝置布設(shè)大線圈作為發(fā)射線框，在距發(fā)射線框邊框1/3 距離用接收框接收電磁信號(hào)。 采用大定源回線裝置有如下優(yōu)點(diǎn)∶

（1）此種裝置能夠在完成地質(zhì)任務(wù)的前提下，提高工作效率；

（2）受地面作物影響較小，只需布設(shè)大線框就可以測(cè)量線框內(nèi)部很多點(diǎn)，效率較高。

通過(guò)施工前的試驗(yàn)工作得出當(dāng)頻率為4Hz 和8Hz 時(shí)曲線效果最好，1Hz 和2Hz 曲線尾部效果明顯較差， 考慮到盡可能采集多的深部信息，本次瞬變電磁施工選擇發(fā)射線框?yàn)?000m×1000m，頻率4Hz，電流保證18A 以上。

3 瞬變電磁數(shù)據(jù)處理

野外采集到的原始數(shù)據(jù)并不十分理想，這是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)采集工作過(guò)程中，存在各種干擾。 若以此原始數(shù)據(jù)來(lái)繪制解釋圖件進(jìn)行資料的解釋，則具有很大的難度，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤解釋。 因此，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，盡量消除各種干擾。

首先，數(shù)據(jù)采集回來(lái)后，需要在電腦上先用采集軟件打開(kāi)數(shù)據(jù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)挑選或壞數(shù)據(jù)剔除，以保證其后的處理工作順利。 查看每一次數(shù)據(jù)的發(fā)射電流以及電位差的信號(hào)是否正確，要求數(shù)據(jù)整體呈指數(shù)衰減趨勢(shì)，晚期的時(shí)候不能有交叉。

第二，讀取剔除掉壞數(shù)據(jù)之后的數(shù)據(jù)文件，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置時(shí)間道零點(diǎn)，這時(shí)可以看到所有點(diǎn)的歸一化電位曲線，若曲線光滑，則歸一化

4 瞬變電磁法數(shù)據(jù)解釋

4.1 視電阻率斷面圖分析

正常地層沉積時(shí)，電性特征呈現(xiàn)一定規(guī)律展示，當(dāng)砂巖、礫巖、灰?guī)r含水層裂隙發(fā)育充水時(shí)電阻率會(huì)明顯下降，在電法資料上會(huì)形成橫向上的相對(duì)低阻異常。

圖2 為L(zhǎng)1 線視電阻率擬斷面圖。圖中橫向坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)號(hào)，縱向坐標(biāo)為高程，圖中的黑線表示二1 煤層和一1 煤層，紅色線段為斷層。圖中藍(lán)色～黃色～紅色的過(guò)渡表示視電阻率值由低～中～高的變化。

圖2 L1 視電阻率斷面圖

從縱向上看，從淺到深其視電阻率基本呈現(xiàn)由低～中～高的電性特征。 圖中上部藍(lán)色區(qū)域視電阻率值在40Ω.m 以下，第四系、第三系和二疊系的反應(yīng)。 黃色區(qū)域視電阻率值在60～110Ω.m 之間，為下伏煤系的電性反映，圖下部紅色區(qū)域視電阻率較大，其值一般大于120Ω.m，為奧陶系地層反映。

從橫向上看，電阻率總體變化較大，呈現(xiàn)由小號(hào)到大號(hào)視電阻率逐漸增大的趨勢(shì)，反映了該區(qū)域內(nèi)地層的變化趨勢(shì)，總體為南部深，北部淺且斷層處視電阻率變化明顯。

4.2 水平切片圖分析

圖3 綜合水平切片圖

本測(cè)區(qū)內(nèi)， 二1 煤深度變化大， 本次制作從標(biāo)高為0 到標(biāo)高為-400m 水平切片， 來(lái)了解二1 煤附近地層視電阻率由淺到深的變化情況。從圖3 綜合水平切片圖可以看出，由淺到深視電阻率逐漸變大，反映了該測(cè)區(qū)內(nèi)正常地層視電阻率變化情況。從-100m 和-200m 水平切片可以看出測(cè)區(qū)南部視電阻率明顯小于測(cè)區(qū)北部，反映了測(cè)區(qū)內(nèi)煤系地層南部深北部淺的總體特征； 從-100m～-400m 水平切片可以看出測(cè)區(qū)內(nèi)相對(duì)低阻異常分布于全區(qū)內(nèi)，但分布位置處或附近大多都伴隨斷層發(fā)育，說(shuō)明該測(cè)區(qū)內(nèi)低阻富水區(qū)與斷層發(fā)育有密切的關(guān)系。 由淺到深測(cè)區(qū)內(nèi)部分低阻異常區(qū)位置和范圍變化較小，說(shuō)明這些低阻異常區(qū)上下水力聯(lián)系較好。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)， 我國(guó)煤礦無(wú)論是水害發(fā)生的次數(shù)還是傷亡數(shù)都居高不下，礦井水害已經(jīng)成為制約我們煤礦安全生產(chǎn)的重大隱患，煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻。瞬變電磁法是一種較新的探水技術(shù)，與其他方法相比，有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，抗干擾、輕便、測(cè)距大、對(duì)水敏感、定向性好等，因此，該技術(shù)是煤礦水害探測(cè)的最佳選擇。

［1］薛國(guó)強(qiáng),李貅,底青云.瞬變電磁法正反演問(wèn)題研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2008,23(4)∶1165-1172.

［2］呂國(guó)印.瞬變電磁法的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2007,29(增刊)∶111-115.