瞬變電磁法在高壓線附近的采空區勘探中的應用

王成龍 黃子瑩 劉志彬

(河北省水文工程地質勘查院 石家莊 050021)

瞬變電磁法(TEM)儀器裝置類型在采空區勘探時常用的主要有兩種：小功率的大線框工作裝置(以下簡稱大線框)、大功率的小線框裝置(以下簡稱小線框)。本文基于太行山上黨盆地西部某煤礦采空區勘探實例，選用瞬變電磁大線框和小線框工作裝置結合，將二者的優勢和缺點互補，精確定位了異常體的位置與形態，達到了本次勘探的目的。

1 項目概況

勘探區為新的煤炭資源開發區，位于太行山中段西側的上黨盆地西部，地勢較為平緩。根據周邊出露及鉆孔揭示，可知地層由老到新有奧陶系、石炭系本溪組與太原組、二疊系與第四系；設計主采太原組3#煤和15#煤，區內已知2條斷層和3個陷落柱。

勘探區地表干擾主要外圍有1個變電站，且有110 kV高壓線穿過測區，所以本次施工主要干擾源來自高壓線。

本次勘探的地質任務是基本查明3#煤及15#煤層的采空區及采空充水情況。

2 背景場分析

針對高壓線線狀干擾，收集背景場的信噪比尤為重要，本次選用瞬變電磁法兩種線框進行數據采集，并針對高壓線干擾進行了試驗測試，對比分析兩種裝置類型的抗干擾程度，主要分析高壓線附近的地質體電性異常情況。采集后得出高壓線為中心的背景場如下表。

干擾噪聲調查數據統計表

從表中可知，小線框背景場隨高壓線的距離衰減較快，說明高壓線對小線框的背景場影響相對較小。

3 工作思路

測線布設原則為垂直高壓線走向方向布設測線。

由于大線框在沒干擾或干擾較弱的地區有較高的信噪比和較好的一致性等優點，而小線框背景場隨干擾源的距離衰減較快，所以選用瞬變電磁大線框和小線框工作裝置相結合，即利用小線框對高壓線兩側附近測點進行數據采集，利用大線框對其余測點進行數據采集。經各自處理軟件獨立進行解譯、反演、相關計算，對成圖數據按測點順序組合在一起，用Surfer軟件將組合后的數據生成電阻率剖面圖，圈定異常體的位置與形態。

4 工作參數

4.1 大線框

儀器采用美國ZONGE公司生產的GDP-32II多功能電法儀，工作裝置采用大定源框內回線；發射邊框840 m×840 m ；接收裝置為探頭式(線圈等效面積10000 m2)；發射電流為26 A；發射頻率為4 Hz；疊加次數為128次。

4.2 小線框

儀器使用西安強源物探研究所生產的EMRS-3B型微機電磁勘探儀，工作裝置為重疊回線裝置；發射邊框為3 m×3 m；接收邊框為3 m×3 m(6匝)；疊加次數為16次；發射電流為1800 A。

5 資料處理

數據處理內容包括以下幾個方面。

5.1 基本處理

關斷時間校正，干擾的消除及背景值校正；曲線的圓滑。由于各類干擾的影響，往往使實測V/1曲線尾枝出現波動，為此必須對實測曲線進行圓滑。

5.2 定性圖件繪制

由預處理的資料經計算得到，利用計算機繪制各剖面，擬斷面等值線圖及平面圖，供解譯用。

5.3 半定量解釋法

其采用電導解釋法。

5.4 定量解釋法

包括正演模型的建立和反演計算。

5.5 數據組合

利用兩種線框裝置重疊觀測點計算出二者的二次場電壓及電阻率相關系數，利用相關系數將小線框電阻率重新計算，最后將二者的電阻率數據按測點順序組合在一起。

6 兩種線框成果對比分析

經過各自的軟件的原始資料整理，數據格式的轉換，濾波(去偽存真)，反演成視電阻率斷面圖，分別得出兩種方法的各自的電性特征。

6.1 單點曲線的對比分析

下圖左側是小線框的單點曲線，右側是大線框的單點曲線，橫軸為測道數，縱軸為電壓(mV)。大線框受高壓線的影響大約為100 m，小線框受高壓線的影響范圍大約為40 m。在高壓線附近的同一測點處，小線框的曲線也相對圓滑，說明小線框受干擾程度相對較小(圖1、圖2、圖3、圖4)。

圖1 位于高壓線正下方小線框與大線框單點曲線

圖2 位于高壓線外40 m小線框與大線框單點曲線

圖3 位于高壓線外80 m小線框與大線框單點曲線

圖4 位于高壓線外100 m小線框與大線框單點曲線

6.2 剖面對比分析

圖5 大線框采集數據反演剖面

圖5、圖6為2060線的斷面圖，110 kV高壓線位于1240點與1460點正上方，圖5為整條測線采用大線框采集的數據經處理后的反演剖面。圖6是采用小線框采集1140點至1560點數據，其余測點均采用大線框采集，分別將數據處理后進行數據組合得到的反演剖面。從圖5與圖6可以看出：對于瞬變電磁法測量，無論大線框或是小線框采集的二次場信息均有高壓線產生的電磁場的干擾，但是干擾影響范圍和程度有所不同。從圖5中可以看出：高壓線影響水平范圍在1140點-1560點左右且影響深度范圍較大，從圖6中可以看出：高壓線影響水平范圍在1200點-1280點與1420點-1500點且影響深度范圍較小。

圖6 大、小線框組合數據反演剖面

經鉆孔Z4驗證，在物探圈定的異常區中心即在1480點處3#煤與15#煤之間存在采空充水。試驗證明利用大、小線框采集數據，組合后成果可靠、準確，取得了較理想的勘探效果，達到了勘探目的。

7 結論

基于上黨盆地西部某煤礦采空區勘查項目，本次試驗選用瞬變電磁法大、小線框工作裝置組合法進行采集數據，經物探解譯分析并鉆探驗證，達到了預期的勘探效果。通過成果的對比分析，說明該組合方法有效。

高壓線對瞬變電磁法大、小線框工作裝置影響距離不同，一般對大線框影響距離較小線框遠。

高壓線對瞬變電磁法大、小線框工作裝置影響深度不同，一般對大線框影響深度較小線框深。

對于有線性干擾(如高壓線)的工區內開展瞬變電磁工作，利用大、小線框相結合的工作方法，可以取得相對理想的勘探效果。

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