瞬變電磁法資料解析中的標志特征

楊占軍

【摘 要】瞬變電磁法是當前煤田水文地質勘探的首選方法。它具有施工效率高、純二次場觀測、對低阻體敏感、形態簡單、分辨能力強、剖面測量和測深工作同時完成、不受地形影響等優點。由于瞬變電磁法是一種間接性的地球物理勘探方法，所以在對其資料解析時，要結合已有的地質資料來進行，并要求符合地質構造的規律和特點。本文對利用瞬變電磁法探測煤礦采空區時資料解析的要點進行了分析，提出了標志特征的概念，對瞬變電磁法的資料解析具有一定的指導意義。

【關鍵詞】瞬變電磁法 采空區 資料解析 標志特征

瞬變電磁法（亦稱時間域電磁法，英文縮寫為TEM），是采用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測在地下介質中引起的二次感應渦流場，從而探測地下介質的電阻率的一種方法。簡而言之，瞬變電磁法就是利用電磁感應定律的原理，通過測量斷電后各個時間段的二次感應渦流場隨時間變化的規律，得到不同深度的地電特征，從而判斷地下地質體的性質和空間分布規律，用于探查礦產資源和地質構造的方法。瞬變電磁法的優點是施工效率高、純二次場觀測、對低阻體敏感、形態簡單、分辨能力強、剖面測量和測深工作同時完成、不受地形影響。它是當前煤田水文地質勘探的首選方法，可應用于探查巖溶洞穴與通道、煤礦采空區、深部不規則含水體等富水性地質體在地下空間的位置和分布形態。

1 技術特點

與其它地球物理勘探方法一樣，瞬變電磁法也屬于一種間接的探測方法。而且由于我國地域遼闊、地質結構類型多樣，地質結構的區域性和復雜性使得不同地區的成礦、成水條件也不盡相同。所以，在對利用瞬間電磁法獲取的資料進行解析時，一定要結合所在區域的地質資料和已有的地質成果，與其他勘探方法有機配合，資料解析要符合地質規律。而不宜隨意照搬套用其他地區的解釋數據和經驗，否則容易導致做出錯誤的判斷。在具體工作中，要充分利用已經掌握的地質資料，結合區域地質構造規律，采用局部與整體、平面與縱向相結合的分析方法來標示、追蹤異常，并把獲得的地電信息識別出來。首先要依據前期試驗結果總結出的已知采空區TEM異常的響應特征，對工作區內TEM斷面圖進行解釋，劃出斷面圖上采空區的分布，同時充分考慮相鄰斷面之間的關聯性，然后把斷面解釋的采空區放到平面圖上以圈出采空區的分布范圍。在瞬變電磁法資料解析的過程中，其關鍵環節是確定資料解析中的標志性數據特征。

2 實例

山西盂縣某礦是由若干小煤礦整合而成，主要開采石炭系上統太原組9號和15號煤層。為摸清井下采空區分布及其富水性，利于今后煤礦生產的安排，2014年對其進行了瞬間電磁法探測。

根據已知測井資料結合本次物探成果以及地質資料分析：第四系地層廣泛分布于井田內，厚0～50m，平均厚15.00m，巖性為粘土，視電阻率變化范圍較大，一般在10～70Ω？m；在斷面圖中部分厚度小于30m處于盲區中。煤系地層主要由二疊系下統下石盒子組、山西組以及石炭系上統太原組、中統本溪組組成，巖性主要為灰色砂巖、泥巖、砂質泥巖、鋁土質泥巖、灰巖等，視電阻率為40～120Ω？m。奧陶系為煤系基底，巖性主要為灰巖，視電阻率一般大于100Ω？m，呈現相對高阻。若巖溶發育，視電阻率呈現相對低阻。當存在陷落柱時，斷面中視電阻率等值線梯度變化較大。若陷落柱富水，則呈現相對低阻；若陷落柱不富水，則呈現相對高阻。

本次勘探的目的層9號、15號煤層賦存于石炭系上統太原組。瞬變電磁法資料解析中的標志特征如下：（1）煤層未開采時，9號煤層視電阻率一般在80～130Ω？m；采空區富水時，9號煤層視電阻率一般小于60Ω？m；采空區不富水時，9號煤層視電阻率一般大于125Ω？m。（2）煤層未開采時，15號煤層視電阻率一般在40～80Ω？m；采空區富水時，15號煤層視電阻率一般小于40Ω？m；采空區不富水時，15號煤層視電阻率一般大于76Ω？m。這些數據就是本次瞬變電磁法資料解析中的標志特征。

各測線電阻率斷面圖反映了沿測線方向上地質體橫向上和縱向上的電性分布特征，根據電阻率等值線或色譜的形態、規模、變化特征及數值大小，可以推斷地質體或異常的形態、性質等，是研究目標體電性特征的主要圖件之一。結合已知地質資料，在斷面圖中標出煤層，并圈定出異常沿斷面圖方向上的異常范圍。

本次瞬變電磁法施工在探測區內共設計25條測線，結合地質資料，提交了25個剖面，下面以C5測線為例來詳細分析其異常特征：在瞬變電磁法C5測線的視電阻率斷面中，縱向上視電阻率呈現低──中──低──高的變化特征，電性分層明顯，反映了地層的電性特征。淺部視電阻率值小于30Ω·m，呈現相對低阻，為第四系地層粘土的電性反映；中部視電阻率值介于50Ω·m～80Ω·m之間，為二疊系及石炭系地層的電性反映；深部視電阻率呈現相對高阻，為奧陶系地層灰巖的電性反映。在樁號100～400m位置，受高壓線干擾相對較嚴重（資料處理時已完成濾波、去噪、平滑等處理工作）。在樁號900～1340m的15號煤層賦存位置，視電阻率呈現相對低阻且視電阻率等值線梯度變化較大，說明煤層原始形態發生變化，推斷該低阻異常為15號煤層采空區的電性反映；在樁號540～840m處，視電阻率大于76Ω·m，呈現相對高阻，推斷該范圍內為15號煤層采空后的不富水電性反映；該煤層其余位置，視電阻率介于60～76Ω·m，為煤層賦存的電性反映。在樁號100～300m以及樁號440～700m的9號煤層賦存位置，視電阻率介于60～80Ω·m，推斷該位置煤層采空；在樁號960～1420m，視電阻率小于60Ω·m，呈現相對低阻，推斷為9號煤層采空的電性反映；在樁號860～900m，視電阻率大于125Ω·m，呈現相對高阻，推斷該范圍內9號煤層采空的不富水電性反映；其余位置，視電阻率介于80～125Ω·m，為煤層賦存的電性反映。另在樁號400～500m，標高650～950m處，視電阻率等值線梯度變化較大，結合已知資料為F2斷層的電性反映，該斷層為正斷層，落差為20m左右，傾角近75°。

參考文獻：

[1] 劉天佑.地球物理勘探概論[M].北京地質出版社，2007：207-217.

[2] 山西陽泉盂縣玉泉煤業有限公司一采區瞬變電磁勘探報告[R].2014.