瞬變電磁法在水文地質勘探中的應用

■尤善清

（江蘇省地質工程有限公司江蘇南京210018）

瞬變電磁法在水文地質勘探中的應用

■尤善清

（江蘇省地質工程有限公司江蘇南京210018）

運用瞬變電磁法在水文地質勘探中起到的作用非常重要，并且其勘查的結果是可行而且有效的。這種方法勘查的深度相對比較大，分辨能力也非常強，受到地形影響比較小，工作效率也能夠得到充分的保證，能為水文地質勘探提供非常有參考意義的調查線索。在某些工程建設之中，需要對一定深度的水文地質結構進行詳細的勘查，了解其是否存在地下暗河，以確保工程的安全性和穩定性。

水文地質瞬變電磁法勘探技術資料分析

1　瞬變電磁探測基本原理及技術方法

水文地質勘查指的是調查、研究并解決各類建筑工程以及人類活動中涉及到的各種地質問題的科學。水文地質勘察的目的是為了查明各種工程地區的地質條件，客觀評價工程地區內的各種地質問題，預測建筑工程過程中可能出現的地質條件的變化以及對建筑工程的影響，選擇最優的施工地點，并對針對施工地區的不良地質問題提供解決方案，確保建筑工程的順利施工以及正常使用。工程地質研究的主要內容有確定巖土成分、物理化學與力學性質、組織結構以及對建筑工程穩定性等方面可能造成的影響，對巖土進行工程地質分類，在此基礎上改善巖土的建筑性能。在過去的工程勘察工作當中，很多方法都沒有結合施工需要以及基礎設計綜合評價地下水對巖土工程的具體影響甚至危害。而目前經常運用的是時間域瞬變電磁法。

瞬變電磁法是一種利用不接地回線湖綜合接地線源向地下發送一次脈沖磁場，然后地下的導電地質在脈沖磁場的激發之下，感應出渦流，并且根據渦流的大小來判別地質體的導電程度，從而在空間形成二次瞬變磁場。第一次脈沖磁場隨著脈沖電流的關斷而會出現崩潰，但是第二次瞬變磁場卻不會立即消失，而會有一個衰減的過程，這個衰減的過程是按照時間指數的規律遞變的。因此，根據第二次渦流場能夠對導電體的規模、產狀以及電性進行判別，從而解釋地下介質的電性結構，幫助了解地質結構。

2　瞬變電磁法資料處理方法

2.1瞬變電磁法

對驗收合格的原始資料，室內組進行預處理并計算出每個測點的視電阻率值，繪制視電阻率斷面圖，為定性分析和定量解釋提供基本圖件。視電阻率的計算使用晚期視電阻率公式。

式中t為測道時間，M為發送磁距，q為接收線圈的有效面積，V（t）為感應電壓。實際觀測的是歸一化感應電壓V（t）/I，因此上式的實際應用式為：

式中A為發送回線面積，V（t）為觀測值。

2.2資料定性分析

資料的定性分析是資料定量解釋的基礎，也是定量解釋成果的重要依據。通過對平面圖及斷面圖進行綜合分析，推測區內的地質結構輪廓。瞬變電磁和直流電測深聯合勘測，依據電測深法勘探原理及地下人工電場分布特征，當地層沉積分布均勻，視電阻率均勻變化；如遇有砂層、砂礫石層諸多因素影響，相對沉積分布均勻的地層而言，視電阻率值相對變大，結合區內鉆孔資料，進行綜合對比分析解釋，將所獲得資料進行地質分層，從而確定砂礫石及黏土層異常分布范圍。

瞬變電磁資料的處理和解釋工作是同時進行的，它們之間存在一種從實踐到認識的過程。資料解釋是建立在資料處理后的視電阻率斷面圖的基礎上。瞬變電磁資料的解釋首先依據鉆孔資料及電測深的電性分層建立正演模型，然后將單點數據進行一維反演，確定目的層所對應的瞬變電磁采樣道（深度），抽取各目的層位的視電阻率值作順層平面圖，結合各條測線的視電阻率斷面圖對測區內黏土及砂礫石層分布異常進行解釋。對黏土和砂礫石層異常分布的解釋不僅要從定性圖件上進行分析，而且要結合單點數據和單支衰減曲線進行綜合解釋，最終綜合計算的視電阻率和已知鉆孔資料及各個測點的正反演解釋結果，使解釋結果更加準確。以某區K9線為例分析瞬變電磁測線繪制的視電阻率等值線斷面圖（見圖1），上部等值線均勻分布，視電阻率在（80～120）Ωm，分析為第四系亞砂土、砂質黏土的電性反映；中部等值線阻值為40Ωm的相對低阻等值線封閉圈分布，是第四系黏土層的電性反映；等值線阻值為70Ωm的相對高阻等值線封閉和半封閉圈分布，是第四系砂礫石層的電性反映；下部等值線呈不均勻的起伏分布，視電阻率值在（50～80）Ωm之間變化，分析為第四系黏土層與砂礫石層相間沉積的綜合電性反映。

3　瞬變電磁探測施工方法

3.1施工儀器

施工中采用TEM-47（增強型）瞬變電磁儀，儀器探測精度高，盲區小，抗干擾能力強裝置主要參數為：接收機PROTEM-RECEIVER，時間門20/30，信號分辨率24位，包括1個符號位，系統分辨率29位。發射機TEM-47，基本頻率30，15，285Hz。

3.2施工方法

采用TEM法進行觀測。TEM法觀測的是二次場，因此對低阻異常體特別靈敏，是探測含水層及其富水性、構造及其含水情況的主要手段。1102改造工作面瞬變電磁勘探采用偶極布置方式，偶極工作方式布置的優點是精度高，利于運輸巷道條件下的作業。1102工作面瞬變電磁勘探工程施工測線6條，即回風巷底板垂探線，測線長330m，點距10m，實測物理點34個；回風巷幫內450俯探線，測線長330m，點距10m，實測物理點34個；運輸巷底板垂探線，測線長340m，點距10m，實測物理點35個；運輸巷內幫450俯探線，測線長340m，點距10m，實測物理點35個；切眼底板垂探線，測線長60m，點距10m，實測物理點7個；切眼內幫450俯探線，測線長60m，點距10m，實測物理點7個實測施工共完成測線長1460m，物理點152個。

3.3資料處理

（1）原始數據整理。首先要對采集到的數據進行格式轉換、兩次優選、濾波，消除噪聲，對資料進行去偽存真。

（2）時深轉換。瞬變電磁儀器在井下觀測到的是二次場電位隨時間的變化，為便于對資料的認識，需要將這些數據變換成電阻率隨深度的變化，即進行一維層狀反演處理。

（3）繪制視電阻率斷面等值線圖。①從時深轉換后的數據中選出每個測點的數據，繪制各測點的視電阻率單曲線圖，分析每個測點的視電阻率單曲線類型；②繪制各測線的視電阻率斷面圖，即沿每條測線電性隨深度的變化情況；③結合已知地質資料分析測區內主要地層、地質構造，將電性異常轉換成地質異常。

3.4資料解釋

資料解釋是根據編繪的視電阻率斷面等值線圖，結合地層相對視電阻率高、低阻電性分布情況，測區水文地質資料，判斷探測范圍內巖層的賦、導水性及其分布情況等。根據巖石電阻率實驗室測試結果可知，灰巖、粉砂巖、細砂巖與中砂巖間存在一定的電性差異，砂巖與煤層、泥巖間的電性差異明顯。不同巖性地層電阻率大小關系大致為：泥巖＜泥質粉砂巖＜細砂巖＜粗砂巖＜煤層＜灰巖。本次工作區域圍巖的巖性以泥巖為主，根據上述關系可知，泥巖電阻率值較低，會使探測結果整體電阻率值較低。這與實際探測結果一致。通常情況下在探測的目的地層是高阻砂巖或高阻石灰巖地層，其視電阻率斷面等值線圖反映為在高阻背景值上出現低阻異常，該低阻異常一般為地層破碎，多為裂隙或巖溶裂隙發育所形成的賦水異常。該低阻異常越低，即電性差異越大，往往賦水性較強。

4　治理措施與應用前景分析

4.1治理措施

通過物探手段后，首先圈畫出底板某區域，然后制訂有效治水措施。一般來說，疏水開采是有條件的，對于含水豐富、補給條件好、水壓高的承壓含水層，就不宜采用疏降方法；同時，對于某些含水層可以疏降，但疏降規模受礦井排水能力的限制，因此采取疏降方法時應考慮條件是否允許。結合實際來看，1102工作面標高在+105m以上，回風大巷標高為+75m，兩巷間距離為60m，排水設施齊全，有利于底板水的疏放，因此可采用疏水降壓的方法治理水害在1102工作面布置了疏放鉆孔，后期對該面回采期間的出水量進行觀測，出水量約1m3/h，回采過程中已不受水害威脅。

4.2應用與前景

通過瞬變電磁技術的使用，在遇水文地質條件復雜的礦井環境，物探設備能承受住各種壓力，經受各種條件限制的考驗。在以往的簡單水文探測過程中，它已經開始嶄露頭角，如今在水文地質條件復雜，且水文地質勘探資料較少的情況下，能發揮出這樣的水平，是儀器本身應有的職能，也是物探技術發展的結果。目前瞬變電磁技術不但可以應用于巖巷水的探測，還能運用于煤巷水文探測、地面水文地質探測；探測的形勢及范圍可以根據形勢設定；可以對整個運輸巷道、抽放巷道的探測、檢測整個預采工作面、回采工作面的積水情況，采用三維立體成像，結合采掘平面圖進行綜合分析，有效的掌握采掘周圍含水情況。

5　結語

瞬變電磁技術的不斷發展，必將給礦井的生產帶來至關重要的影響。如今的節能減排，降成增效的角度，都是不錯的選擇。通過大面積的探測，快速準確的掌握采掘的一手資料，為采掘工作提供較為可靠的依據。隨著科學技術的創新，瞬變探測將越來越精確，結構成圖思路將越來越清晰，對未知領域的認知度將越來越明朗化，綜合利用率將越來越高。

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P641.4+3［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-191-2