大回線源瞬變電磁法用于煤礦災害地質調查的可行性

閻曉東

摘要：煤礦采區有著多解性與復雜性的特征，如果使用單一地質調查方式，往往無法取得理想的調查結果，大回線源瞬變電磁法有著良好的響應能力，可以應用在煤礦斷層與裂隙水性評價、煤層頂板水層劃分等工作之中，該種方法可以有效防止電極接觸條件變化對測試結果產生不良影響，測量效率高，精確度理想。本文主要分析大回線源瞬變電磁法用于煤礦災害地質調查的可行性。

關鍵詞：大回線源瞬變電磁法 煤礦災害地質調查 可行性

煤礦資源對于我國國民經濟的發展有著重要的地位，在社會的發展下，煤炭開采的深度也變得越來越大，同時，煤礦的水文地質問題也給煤礦安全生產帶來了一定的影響，尤其是在采掘機械化程度的提升下，煤礦地質危害也變得越來越突出，傳統的物探手段可以幫助勘探人員分析出煤礦的水文地質與地質構造情況，為安全生產工作奠定好基礎，但是需要耗費較大的人力、物力、財力。而將大回線源瞬變電磁法應用在煤礦災害地質的調查中即可很好的彌補傳統物探手段的不足，下面就針對大回線源瞬變電磁閥在煤礦災害地質中應用的可行性進行深入的分析。

1 瞬變電磁法的原理

瞬變電磁法的調查原理就是在不接地回線中用方波電流的形式來發送出一次電磁場，再用接收線圈來接收二次渦旋電磁場，這就能夠幫助研究者利用電磁場時空分布特征來解決探測地質、尋找礦產等問題。電磁場在空氣中的傳播速度遠遠大于導電介質傳播速度，在一次電流被斷開時，感應電流會逐漸向外、向下擴散，強度越來越弱，最終趨于平衡，這也可以稱之為“眼圈效應”，只要利用電磁場的變化規律就能夠分析出大地電性的變化情況。

大回線源瞬變電磁法有著良好的響應能力，可以應用在煤礦斷層與裂隙水性評價、煤層頂板水層劃分等工作之中，該種方法可以有效防止電極接觸條件變化對測試結果產生不良影響，測量效率高，精確度理想。

2 大回線源瞬變電磁法的工作原理分析

2.1 裝置模式

大回線源瞬變電磁測量裝置包括接收回線與發射回線兩個內容，常見的測量裝置有同點回線裝置、分離回線裝置與框一回線裝置。其中，同點回線裝置根據接收線圈與發射線圈的位置，又能夠分為中心回線與重疊回線兩種形式；分離回線裝置也能夠稱之為偶極裝置；框一回線裝置也稱之為大回線定源裝置。

采用何種裝置需要根據具體的施工條件、勘探目的以及裝置特點來決定，大回線源瞬變電磁閥形態簡單，橫向分辨率高，基本不會受到旁側的影響，但是在邊線較長的情況下，會給野外施工帶來一些困難，因此，在必要的情況下，可以適當增加接收回線與發射回線的邊長，這不僅能夠延長信號時間，還能夠有效強化信號強度，提升探測的深度。

2.2 大回線瞬變電磁法裝置與垂直磁場分布特征

大回線瞬變電磁法裝置能夠在框中同時測量多個數據點，測量效率十分的理想，其垂直分量近似均勻，不需要進行場源校正，在一定的條件下，可以在更大區域中觀測，只要采取相應的矯正方法即可達到理想的觀測數據，目前，大回線瞬變電磁法已經在煤礦災害地質調查中得到了廣泛的使用，并取得了理想的測量效果。

3 大回線源瞬變電磁法應用在煤礦災害地質調查的可行性分析

3.1 測量儀器

常見的測量儀器有Geonice公司的EM37、47與57，GEO公司的SIROTEM-II、III等等，這些儀器已經開始在煤礦地質調查中得到了廣泛的使用，目前，國內外的單位已經針對野外試驗進行了科學的分析，研制出了一些勘探深度淺以及功率小的儀器。

3.2 常用的解釋方法

在大回線源瞬變電磁法的解釋技術上，常用的有一維反演與二維電阻率兩種形式，其中，二維技術還處在初步研究結果，尚未進行大范圍的推廣和使用，三維正演能夠采用積分方程進行解釋，但是，計算量較大，因此，其使用也受到了一些限制。在近年來，一些新型TEM數據解釋軟件出現，其中代表性的就是Interpex公司研制的數據處理系統，系統計算方式有瞬變電磁閥、相位激電、頻譜激電、直流電法與大地電磁法，能夠實現對塊狀模型模擬、復合板狀模型模擬以及層狀介質模擬的計算。

3.3 預期解決的問題

大回線源瞬變電磁法雖然已經在我國應用了一段時間，但是主要還是應用在找礦上，在本世紀初，開始應用在煤礦防治與地下水勘察工作中。煤礦作為我國的重要能源，在具體的生產過程中，水害常常會給煤礦生產造成滅頂之災。而大回線源瞬變電磁法應用在煤礦地質調查中可以解決以下幾個問題：第一，由于采空區問題引起的積水；第二，由于陷落柱引起的積水與導水；第三，由于構造問題導致的巖溶水與含水層導通的問題；第四，由于構造情況引起的頂板與含水層的導通。

4 結語

總而言之，煤礦采區有著多解性與復雜性的特征，如果使用單一地質調查方式，往往無法取得理想的調查結果，而大回線源瞬變電磁法有著分辨率高、施工效率高、敏感度理想的優勢，能夠對礦區地質構造及水文情況進行定量評價，幫助工作人員采取相關的防治措施，該種方式是值得進行大范圍推廣和使用的。

參考文獻：

[1]張德元，陳光明.瞬變電磁法在四川某礦水害探測中的效果[A].四川省煤田地質局論文集[C].2010.

[2]周磊，嚴良俊，何展翔，陳小斌.頻率域線源近區（過渡區）測深理論初步研究[J].地震地質，2010（03）.

[3]薛國強，李貅，底青云.瞬變電磁法正反演問題研究進展[J].地球物理學進展，2008（04）.

[4]薛國強，李貅，郭文波，宋建平，底青云.從瞬變電磁測深數據到平面電磁波場數據的等效轉換[J].地球物理學報，2006（05）.endprint