高壓線對地面瞬變電磁影響范圍的研究

黃曉芳

（長治職業技術學院，山西 長治 046000）

高壓線對地面瞬變電磁影響范圍的研究

黃曉芳

（長治職業技術學院，山西 長治 046000）

地面瞬變電磁法在勘探領域應用廣泛，為了研究實際工作中遇到的高壓線干擾問題，通過理論與實踐對高壓線影響范圍做了研究，從衰減曲線等資料入手分析并圈定高壓線影響范圍。研究表明高壓線對瞬變電磁的干擾的大小與水平距離有關，研究結果對高壓線附近的瞬變電磁施工有一定的指導意義。

瞬變電磁；高壓線；水平距離；衰減曲線

瞬變電磁法（TEM）是一種以電磁感應為基礎的時間域電磁勘探方法，利用不接地回線向地下發送一次脈沖電磁場，用接收線圈觀測該脈沖電磁場感應的渦流二次場的空間和時間分布，從而解決有關地質問題。如今，瞬變電磁法已憑借其諸多顯著優勢在礦產資源調查、地質調查等傳統領域獲得了廣泛的應用。但是，瞬變電磁法在實際的應用過程中會受到很多干擾因素的影響[1-3]。

本文針對實際生產中所遇到的高壓線對瞬變電磁探測干擾問題進行研究，通過試驗數據觀測高壓線對瞬變電磁法采集資料的影響程度,圈定高壓線干擾范圍，對高壓線的影響做到心中有數，為之后的煤礦安全生產提供一定的指導建議。從而對實際生產過程中各種參數的選擇提供一定的指導，進而降低高壓線對探測結果的影響，提高勘探精度。

1 理論依據

瞬變電磁法遵循法拉第電磁感應定律，基本原理是通電物體在連續變化或不連續變化的電磁場激勵下產生感應渦流，通過專業設備測量激發二次場的大小、空間分布特性和時間特性，進而獲得地質目標體電性特征、空間特征和發射源特征等[4]。針對一次脈沖信號，二次場信號表示為：

如果瞬變電磁法施工區域中有通電高壓線存在，高壓線產生的電磁場會對瞬變電磁法采集的數據產生很大的影響，尤其是對中、深層的信息會產生嚴重的影響，這種影響在衰減曲線上顯示為曲線尾部突然出現升高或降低的畸變測道，代表高阻或者為低阻假異常。高壓線產生干擾的計算：假定高壓線為單回路三相電，距地面高為h，線間距為l，距高壓線水平距離為d的一點P的磁感應強度B為三相電產生的磁場強度矢量和，通過畢奧--薩戈爾定律等的計算得到三相電在P點豎直方向上產生的總磁感應強度的變化率為：

式中：Im為電流的振幅，A；ω為頻率，且ω=100πrad/s。

通過計算可知，高壓線在每一點產生的干擾均呈正弦曲線變化[5]，并在高壓線邊緣干擾達到最大，但隨著接收線框與高壓線間水平距離的逐漸增大，高壓線對瞬變電磁采集資料的干擾總體呈減小趨勢。

2 實例分析

2.1 地球物理特性

勘探區域屬于侵蝕中低山地貌，大部分地段被黃土所覆蓋，黃土厚度分布不均勻，在0～20 m范圍內變動，山坡和溝底局部有基巖出露，溝谷有山間帶狀沖積物分布。區內溝谷發育，地形起伏較大，大部分地段被茂密植被覆蓋，區域表淺層電性條件復雜。

通過對以往資料的收集調查與分析，對比了水平方向上巖層視電阻率值差異與變化情況，發現了地下水文地質異常的分布形態。結合已有地質資料與相鄰地區的地層資料以及區域內測井地質資料進行分析，得出結論為：新生界地層從上到下主要包括電阻率為10～24 Ω·m的粘土層，35～100 Ω·m的黃土、沙層，100～300 Ω·m的干土、干沙層；二疊系地層巖性為泥巖、砂巖、粉砂巖及煤層，電阻率為35～100 Ω·m；石炭系地層巖性為粉砂巖、泥巖、鋁土巖、灰巖及煤層，該層電阻率為95～150 Ω·m；奧陶系地層主要是由深灰色層狀石灰巖組成，其電阻率大于700 Ω·m。

綜合評價該區域屬于典型條件較復雜地區。

2.2 其他影響因素控制

除了保證各試驗位置地點特性較為穩定外，還有一些因素可能對試驗數據的準確性產生干擾。

1）實驗地點選在距離城市、鄉村及工廠都較遠的地點，排除了人文因素的干擾。

2）試驗要選擇在晴朗的天氣條件下進行，避免了天電因素的干擾。

3）試驗前要保證植被上沒有露水，排除了地面低阻因素的干擾。

2.3 試驗過程及分析

本次施工區域內存在110 kV、35 kV高壓輸電線，試驗針對110 kV高壓線的影響范圍進行研究。

根據調查，該110 kV高壓線電流振幅為600 A，與地面垂直距離10 m，線距2 m。設計試驗點共5個，點距為40 m，5個試驗點在同一測線上，測線方向與高壓線延伸方向大體垂直，5個試驗點和高壓線的水平距離依次為20 m、60 m、100 m、140 m、180 m。根據公式（2）計算得到距高壓線水平距離20 m時干擾值為41.4×10-5T/s；距離60 m時干擾值為2.630×10-5T/s；距離為100 m時干擾值為0.904×10-5T/s；距離達到140 m時干擾值為0.500× 10-5T/s；距離達到180 m是干擾值為0.340×10-5T/s。計算顯示當與高壓線水平距離達到180 m時，高壓線電磁干擾已經很小。

本次施工采用GDP-32II多功能電法工作站，大定源回線裝置測量，施工參數為：發射線框840 m×840 m，發射頻率4 Hz，發射電流14 A，疊加次數32次，接收探頭為GDP-32專用集成磁探頭，接收等效面積為10 000 m2。本次試驗5個試驗點位置基本上在同一水平山坡上，黃土覆蓋厚度基本一致，地表都有植被覆蓋，試驗時排除了人文、天電等的干擾因素。在嚴格按照施工規范進行采集，各點采集到的衰減曲線見圖1。

圖1-a是與高壓線水平距離20 m時測得的衰減曲線，從衰減曲線上可以看出110 kV的高壓線電磁干擾使得二次場早期數據較高，曲線在晚期出現跳點，說明該距離下高壓線電磁干擾對資料影響很大；圖1-b是與高壓線水平距離60 m時測得的衰減曲線，從圖中可以看出二次場早期數據略有降低，曲線中部畸變測道較多，顯示中晚期影響較大，說明60 m水平距離下110 kV高壓線電磁干擾對資料影響仍然較大；圖1-c是與高壓線水平距離100 m時測得的衰減曲線，圖中顯示二次場早起數據變化不大，曲線顯示畸變道數仍然較多，晚期影響仍然存在，說明高壓線電磁干擾對資料仍存在一定的影響；圖1-d是與高壓線水平距離140 m時測得的衰減曲線，圖中顯示二次場早期數據受影響程度已經不大，曲線尾部畸變測道較少，顯示高壓線對資料的影響逐漸減小；圖1-e是與高壓線水平距離180 m時測得的衰減曲線，圖中顯示二次場早期數據基本上保持了一個穩定值，衰減曲線數據質量也較好，沒有出現畸變，說明高壓線電磁干擾對資料的影響已經很小。

從以上5個試驗點測得的衰減曲線資料對比可以看出，本區110 kV高壓線對數據采集的影響范圍大約為高壓線周邊180～200 m范圍內。該結果與根據理論公式計算所獲得的結論基本一致，可以圈定高壓線電磁干擾影響范圍。

通過對高壓線干擾范圍的圈定，在施工采集時采取了加大供電電流，增加疊加次數以及延長觀測時間等措施來壓制干擾，基本上保證了采集資料的可靠性。

4 結束語

瞬變電磁勘探技術應用廣泛，而且在很多領域也都取得了較好的成果，尤其在探測低阻水體及采空區方面更是效果良好，但是在噪聲抑制技術等方面發展尚不完善，在采集過程中的干擾因素方面沒有得到人們足夠的認識，仍需加強研究。

地面瞬變電磁法勘探區域中如果存在高壓線，則應在施工之前針對高壓線的干擾嚴重程度及影響范圍進行一定的試驗工作，圈定出高壓線影響范圍。本文從理論及實踐兩方面入手，指出圈定高壓線影響范圍在地面瞬變電磁正常工作時參數的選擇等方面有一定的指導意義，可以廣泛的應用。

[1]陳曙東，何勝，張爽.地面瞬變電磁系統標定的理論研究[J].地球物理學進展.2014,29（2）:660-667.

[2]李風明，劉洪福，張新軍，等.工業輸電線對瞬變電磁二次場的影響及干擾的消除[J].地球物理學進展.2014,29（3）:1399-1405.

[3]底青云，方廣山，張一鳴.地面電磁探測系統（SEP）研究[J].地球物理學報.2013,56(11):3629-3639.

[4]牛之璉.時間域電磁法原理[M].長沙：中南大學出版社，2007.

[5]李建慧，劉樹才，李富，等.大定源瞬變電磁法矩形發射的電磁場[J].物探化探計算技術.2008（2）:154-159.

Interference of High-voltage Line on Ground Transient Electromagnetism

HUANG Xiaofang
(Changzhi Polytechnic Institute,Changzhi 046000,China)

Ground transient electromagnetic method is widely used in exploration.To study the interference caused by high-voltage line in work,its reach is analyzed in terms of theory and practice and is delineated by decay curve.The results show that the interference of the high-voltage line on transient electromagnetism is correlative with horizontal distance.The study is useful for the transient electromagnetic construction near the high-voltage line.

transient electromagnetism;high-voltage line;horizontal distance;decay curve

P631.3

A

1672-5050（2015）01-0022-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.008

（編輯：劉新光）

2014-11-03

黃曉芳(1982-)，女，河北衡水人，大學本科，助教，從事地質研究工作。