關于煤田水文地質調查中瞬變電磁法的應用分析

曹勝洪

摘 要：隨著經濟和社會的快速發展，我國對能源的消耗和需求量不斷增加。煤炭作為黑金，其在我國的經濟快速發展中發揮了至關重要的作用。我國的煤炭儲量較多，技術人員在進行煤田開發時需要對其水文環境進行科學調查，保證煤田開發的安全性，文章將對煤田水文地質調查中瞬變電磁法的應用進行分析和探討。

關鍵詞：煤田；水文地質；瞬變電磁法；應用

1 煤田水文地質調查概述

1.1 煤田水文地質探查概述

改革開放之后我國經濟和社會得到快速發展，各行各業都進入了蓬勃發展的歷史時期。經濟的持續繁榮增加了對能源的需求。煤炭是我國重要的能源之一。煤炭資源的開發和利用能夠極大的促進社會的發展，維護我國的能源安全。但是我國煤田較多的儲存在較深的地層之中，由于各個地方的地質條件不盡相同，技術人員在進行煤炭資源的開采利用時需要加強對煤田水文地質條件的勘察，制定出最為科學的開采方案，最大限度的保障作業人員的施工安全，提高煤田開采效率，增加企業的投資效益。

1.2 瞬變電磁法概述

上世紀由蘇聯科學家發明的時域電磁探測技術能夠探測深度較大的礦井，且其縱向探測的分辨率比較高，因此在礦產資源的開發中得到廣泛的應用。瞬變電磁法是當前煤田水文地質調查技術人員應用較多的技術手段，其能夠探測的深度范圍較大，能夠有效分析不同地質環境下的水文地質情況，因此這種方法在我國油田開采、地熱資源開發、煤田開發中得到廣泛的應用。

2 煤田水文地質調查中瞬變電磁法的應用分析

2.1 瞬變電磁法技術原理

在我國的煤田水文地質調查中瞬變電磁法得到廣泛的應用，其利用線路中不接地回線或接地線源脈沖磁場，在勘測區向地下發射一次電磁場，發射電磁場后利用電磁線圈接受地下良導地質體產生的二次渦旋電磁場，根據其二次電磁場時域空間內的分布特性，對地下礦藏以及地質構造進行判斷和分析。從而能夠對煤田水文地質的不同層面進行探測和分析。瞬變電磁法能夠充分利用地質體良導效應進行響應，這種方法能夠對煤田的煤層頂底含水層進行科學的劃分，還能夠對煤層形態及陷落進行探測，以及對煤田斷層及其裂隙的導水性進行判斷和評價。瞬變電磁法的穿透能力很強，其在探測時能夠覆蓋較大的區域，并且受地形的影響較小，適應能力較強。瞬變電磁法是時域內的測量方法，其測量速度比較快，工作效率和精度都比較高。

2.2 煤田地質水文調查中瞬變電磁法特點

（1）分辨率高：由于觀測的是純二次場，可在近區觀測，可采用同點組合（重疊回線、中心回線法）法和大定源回線觀測，與探測目標耦合好，取得的異常幅度強、形態簡單、分層能力強。（2）勘查的深度范圍大：在目前的技術條件下，勘查范圍淺可至幾米、深可達一千米；隨著采集儀器、資料處理解釋方法的進步，勘查深度范圍還能進一步的擴大。（3）地形影響較小：在高阻圍巖地區地形起伏引起的假異常較小；在低阻圍巖地區，由于是多道觀測，早期地形影響也較易識別。（4）信息豐富：剖面測量與測深工作同時進行，提供的地電信息豐富，便于資料的解釋。（5）資料信噪比高：人工源方法，且可很容易地實現多次疊加（可達幾百次至幾千次），資料信噪比較高。（6）適應環境能力強：由于可采用不接地回線發射與接收，不存在接地電阻問題，在基巖出露區、凍土帶、沙漠、水泥路面、江河湖海水面上均可進行測量。具有適用范圍廣、施工方便、工作效率高的特點。（7）應用領域廣：瞬變電磁法可解決的地質問題有能源、礦產勘查、水文、工程、環境地質調查、考古探測等。

2.3 煤田水文地質瞬變電磁法勘探技術的工作方法及測網布置探析

瞬變電磁法的測量裝置由發射回線和接收回線兩部分組成，常用的地面測量裝置有三種：（1）同點回線裝置，根據發射線圈與接收線圈的相互位置不同，又可分為重疊回線（圖1a左）和中心回線（圖1a右）兩種裝置形式裝置；（2）分離回線裝置，也稱偶極裝置（圖1b），發射回線和接收回線保持一定的距離，兩回線的尺寸可以相同，也可以不同；（3）框-回線裝置又稱大回線定源裝置（圖1c），發射回線采用邊長數百米的矩形回線，在回線內外布置測線，用小型線圈或探頭沿測線觀測。

一般會使用大回線定源裝置進行測量，其方法便于施工，施工速度快，勘查深度大、施工效率高的優點。

測網要沿著測線中心方向布設測量，應垂直構造布置測線。瞬變電磁法施工前必須進行試驗，實驗內容如下。

（1）儀器穩定性試驗：確定儀器是否能滿足本次TEM法勘探技術質量要求。（2）參數選擇試驗：通過一定數量點試驗，選擇合適的采集參數。包括：發射邊框大小試驗、發射頻率試驗、發射電流試驗、高壓線的影響范圍等。（3）方法有效性試驗：通過在已知鉆孔附近開展剖面試驗工作，檢驗采集參數的合理性及方法的有效性。（4）噪聲調查試驗：為了更好地對數據采集質量進行評價，進行背景噪聲測量，了解勘探區噪聲環境，為后期的資料處理提供依據。

3 實例分析

2014年在山西省陽泉市某一小煤礦進行了瞬變電磁法地面找水勘探，共設計25條測線，網度為：線距為40m，點距為20m，供電線框300m×320m。

由于9號煤層埋藏較淺，露頭位置存在私采現象，受采動影響，煤層頂、底板遭到破壞致使裂隙發育，可能導通大氣降水，局部形成富集，威脅煤層的開采。

通過對全區25條測線視電阻率斷面圖和9號煤層視電阻率順層切片平面圖及已知地質資料等資料進行的綜合分析等資料綜合分析，認為全區采空區低阻異常特征相對明顯，規模異常在縱斷面呈現為等值線梯度較大，在平面上電性差異明顯，這些為評價采空區富水性提供了充分的電性依據。主要成果如下。

Ⅰ類強富水區：該類異常區面積大，視電阻率值相對較低，或構造發育的有利部位，根據其分布分別標記為Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅰ5、Ⅰ6，其中Ⅰ1富水區面積約為59600m2；Ⅰ2富水區面積約為7800m2；Ⅰ3富水區面積約為77700m2；Ⅰ4富水區面積約為6400m2；Ⅰ5富水區面積約為8300m2；Ⅰ6富水區面積約為8700m2；富水區面積約為168500m2。

Ⅱ類強富水區：位于Ⅰ類強富水區外圍，根據其分布分別標記為Ⅱ1、Ⅱ2，其富水區總面積為410500m2。（見圖2）

4 結束語

煤炭資源作為重要的能源來源，其在工業革命之后一直為世界上各行各業最為重要的能源資源。我國煤炭資源較為豐富，煤炭長期為我國經濟和社會的發展發揮較為突出的作用。但是煤炭資源開采需要在嚴格、科學的調查研究之后才能安全進行，才能充分保證開發的安全性和高效性。文章對煤田地質水文調查瞬變電磁法的應用技術進行探討，希望能夠提高煤田資源勘察的科學性和安全性。

參考文獻

[1]姜彥，王永田.煤田水文地質調查中瞬變電磁法的應用探究[J].地球，2014（1）.

[2]黃力軍，陸桂福，劉瑞德.電性源瞬變電磁法在煤田水文地質調查中的應用[J].工程地球物理學報，2004，1（2）：174-177.

[3]楊彥成，郭君婷.煤田水文地質調查中電性源瞬變電磁法的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2013（6）.

[4]崔連軍，梁爽.瞬變電磁法在煤礦水文地質勘探中的應用[C]//中國地球物理學會年會，2008.