煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法應(yīng)用探究

1、煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法應(yīng)用探究摘要在煤田的開(kāi)采過(guò)程中，坑道涌水是礦山財(cái)產(chǎn) 和人身安全的一大威脅，煤田水文地質(zhì)調(diào)查，是一項(xiàng)重要的 煤田地質(zhì)勘探工作的地質(zhì)任務(wù)，瞬變電磁測(cè)深是煤田水文地 質(zhì)調(diào)查的主要方法。大部分的煤田水文地質(zhì)調(diào)查任務(wù)水的問(wèn) 題，如富水性、含水和導(dǎo)水性。在煤田水文地質(zhì)勘探中，使 用瞬變電磁法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)解釋，查清 了測(cè)區(qū)內(nèi)富水區(qū)在三維空間上的分布情況和斷層的導(dǎo)水性 能，符合已知的水文地質(zhì)資料，為煤礦的安全生產(chǎn)提供可靠 的地質(zhì)資料。關(guān)鍵詞瞬變電磁法煤田水文地質(zhì)調(diào)查富水性中圖分類號(hào)p345 文獻(xiàn)碼b 文章編號(hào)1000-405x(2014) -1-123-10引言礦

2、井突水是在煤礦生產(chǎn)中常見(jiàn)的災(zāi)害之一，嚴(yán)重威脅著 煤炭生產(chǎn)的安全，有時(shí)會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡， 因此，摸清地質(zhì)構(gòu)造，特別是水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井，是一 種重要的煤礦安全生產(chǎn)要解決的問(wèn)題。目前，許多應(yīng)用方法 應(yīng)用在水文地質(zhì)工作中，主要是電測(cè)深、可控源音頻大地電 磁法、eh-4、瞬變電磁法等。電測(cè)深等傳統(tǒng)方法受地形和體 積勘探效果限制，可控源音頻大地電磁法復(fù)雜，eh-4和其他 電磁方法較為影響數(shù)據(jù)處理。瞬變電磁法(tem)是使用非 接地線或接地源向地下發(fā)送的脈沖磁場(chǎng)，在下一次脈沖到來(lái) 前，通過(guò)使用線框或者接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)。利用電子 計(jì)算技術(shù)，瞬變電磁儀系統(tǒng)噪聲得到抑制、觀測(cè)誤差減少、 并

3、且在數(shù)據(jù)處理和反演計(jì)算方面有了很大的進(jìn)步。目前在勘 查金屬礦產(chǎn)資源、煤礦、地下水、油礦、天然氣田以及研究 結(jié)構(gòu)等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。1瞬變電磁法概述1.1發(fā)展以及現(xiàn)狀上世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)建立了瞬變電磁理論和現(xiàn)場(chǎng)施工 技術(shù)，50? 60年代，圓滿完成了瞬變電磁法的一維正反演。 80年代以來(lái)，歐洲和美國(guó)繼續(xù)在瞬變電磁法2、3-d建模技 術(shù)做了很多的計(jì)算和研究工作，但二，三維的問(wèn)題仍然還不 是很成熟。近年來(lái)，早期生產(chǎn)的單一方法使用的電磁儀器早 已淘汰，瞬變電磁法儀器已趨向于具有集成化特點(diǎn)并且具備 各種多功能的電測(cè)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的瞬變電磁法的研究始于上個(gè)世紀(jì)80年代初，從 長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院，原地球化學(xué)研究所

4、，中南大學(xué)等單位的地質(zhì) 和礦產(chǎn)資源部做了一些工作的理論，方法和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀。已 經(jīng)建立了較為完善的一維正、反演和方法技術(shù)的理論，并開(kāi) 發(fā)了一些工具。近年來(lái)，吉林大學(xué)已成功開(kāi)發(fā)atem-ii瞬變 電磁儀，并于2003年研制成功瞬變電磁儀軟件，并將其應(yīng) 用并探索在礦產(chǎn)勘探，大型挖掘潛在資源勘探，地下水調(diào)查, 工程勘察和地下城市活動(dòng)斷層調(diào)查，礦井透水預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。1.2方法的基本原理瞬變電磁法是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行地下礦產(chǎn)預(yù)測(cè)的 地球物理方法。是一種時(shí)域電磁測(cè)深方法，即采用接地電極 或接地回路建立的在地下建立的一次脈沖磁場(chǎng)，在一次磁場(chǎng) 間歇期間，接受感應(yīng)的二次電場(chǎng)和磁場(chǎng)。在發(fā)射回線內(nèi)發(fā)送 一次脈沖電流，

5、當(dāng)電流被斷開(kāi)的時(shí)刻，表面將產(chǎn)生渦流電磁 場(chǎng)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)誘導(dǎo)渦流電磁場(chǎng)向下和向外擴(kuò)張。發(fā)送 回路電流突然斷開(kāi)連接時(shí)，會(huì)激發(fā)存在于下半空間，在一定 范圍內(nèi)的表面的感應(yīng)渦流，并按照一定的規(guī)則衰減。然后， 電流開(kāi)始擴(kuò)散到下半空間，感應(yīng)電流在電流別斷開(kāi)后的任一 末期時(shí)間里，呈現(xiàn)多個(gè)層殼的環(huán)形，渦流場(chǎng)會(huì)隨著時(shí)間的延 長(zhǎng)，向下并向外擴(kuò)展。瞬變場(chǎng)的激發(fā)方式包括接地式和感應(yīng)式兩種，工作裝置 與頻率測(cè)探基本上是相同的，不同的是輸入的電流不是諧變 電流而是階躍電流。但是這種方法不僅能測(cè)量遠(yuǎn)區(qū)，也可以 測(cè)量附近的區(qū)域。近場(chǎng)測(cè)量可避免旁側(cè)的影響，提高對(duì)地層 的分辨能力，因此它是一種有效的工作方法。2煤田水文地質(zhì)調(diào)查

6、中瞬變電磁法的實(shí)例應(yīng)用2. 1觀測(cè)區(qū)的概括測(cè)量礦井屬于中國(guó)北方石炭紀(jì)二疊紀(jì)煤田，該地區(qū)地勢(shì)平坦。井田內(nèi)含煤地層中具有較厚隔水層，而含水層較薄， 并且石灰?guī)r含水層中的含有發(fā)育很不均勻的巖溶裂隙，隨著 深度增加，這種趨勢(shì)逐漸減弱，加上井田結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此鉆孔直接暴露富水點(diǎn)的概率是很低的。鉆取斷層帶時(shí)，沒(méi) 有沖洗液泄漏或明顯的消耗。這表明，井田內(nèi)斷層帶本身的 含水性能較弱，導(dǎo)水性能較差。然而，在井田奧灰范圍有明 顯的垂直分帶現(xiàn)象，在淺煤層，巖溶斷裂，富水性較強(qiáng)；隨 著奧陶紀(jì)灰?guī)r埋深的增加，富水性變?nèi)?；但同時(shí)奧陶紀(jì)灰?guī)r富水性也存在明顯的異質(zhì)性，深部存在豐富的水和強(qiáng)徑流區(qū)。煤田范圍內(nèi)奧回富水性能很強(qiáng),

7、同時(shí)也有很高的靜水壓力，下組煤的開(kāi)采受到嚴(yán)重威脅。含煤地層電阻率的差異相 對(duì)較小，煤田水文地質(zhì)勘探主要依據(jù)是，地層電阻率因含有 水而降低，通過(guò)尋找相對(duì)低電阻率的異常來(lái)確定富水性在含煤層的分布情況。2.2應(yīng)用研究protem 67d6瞬變電磁勘探系統(tǒng)一一由加拿大生產(chǎn)的瞬變勘探系統(tǒng)，在這次瞬變電磁勘探工作中發(fā)揮了主要的作 用。工作中應(yīng)用的各種設(shè)備，結(jié)合儀器的特點(diǎn)和勘探任務(wù)的 要求，采用大定源回線工作裝置。該方法是將地面大回線作 為一個(gè)發(fā)射回線，回線范圍設(shè)置接收循環(huán)觀察。它具有勘探 深度大、施工效率高、施工受建筑物的影響小、能夠詳細(xì)地 劃分異常等特點(diǎn)。此次工作選擇了合適的操作參數(shù)和測(cè)量點(diǎn) 布置。瞬變

8、電磁法觀測(cè)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的各個(gè)時(shí)窗(測(cè)道)的瞬態(tài)感 應(yīng)電壓，被轉(zhuǎn)換成視電阻率，視深度和其它參數(shù)。從-400m -420m的富水區(qū)分布圖可以看出，南部和北部地區(qū)是不富水 區(qū)，東部地區(qū)富水性較弱，在西部和西南有富水性高的地區(qū)， 但主要集中在主、副井的周邊區(qū)域。從整體上來(lái)看，淺部地 層的富水性較深部地層的大。從總體上來(lái)說(shuō)，富水性從-400m 向-420m有減弱的趨勢(shì)，這有利于安排井底車場(chǎng)、開(kāi)拓水平 大巷。3結(jié)語(yǔ)瞬變電磁法探測(cè)深度比較大、施工方便、工作效率高并 有良好的地質(zhì)效果，能適應(yīng)當(dāng)前煤田水文地質(zhì)勘探的要求。 結(jié)果表明，利用瞬變電磁法反演的電阻率的分布情況與已知 地質(zhì)具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明它可以反映實(shí)際地質(zhì)情況。 另外，我們也應(yīng)該看到，瞬變電磁法的應(yīng)用尚處于早期階段。 為了實(shí)現(xiàn)成熟地將這一方法應(yīng)用在這一領(lǐng)域，仍然需要一個(gè) 漫長(zhǎng)的時(shí)間。這樣就要求我們對(duì)其理論與數(shù)據(jù)處理作進(jìn)一步 的研究和改進(jìn)，從而更好地滿足為井水文地質(zhì)勘探工作的需 要。參考文獻(xiàn)1 黃力軍，陸桂福，劉瑞德.電性源瞬變電磁法在煤 田