瞬變電磁法在探測煤礦富水性中的應用

麻燕華

摘 要：瞬變電磁勘探技術在20世紀80代末、90年代初已經應用于煤田地質勘探領域，以其獨有的輕便、靈活、分辨率高并且對尋找低阻異常區效果比較明顯而倍受青睞。本文通過利用瞬變電磁法具有低阻反映靈敏、分層明顯的特點，充分表明瞬變電磁法對探測含水灰巖的富水性的勘探有明顯的效果。

關鍵詞：瞬變電磁法；灰巖富水性；電阻率法

1 瞬變電磁法的原理

瞬變電磁法（簡稱TEM法）是利用不接地回線或接地電極向地下發送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應的地下渦流產生的二次電磁場的空間和時間分布，從而來解決有關地質問題的時間域電磁法[ 1 ]。

瞬變電磁法的激勵場源使用較多的是回線場源。發射的電流脈沖波形主要有矩形波、三角波、和半正弦波等，不同波形有不同的頻譜，激發的二次場頻譜也不相同。多數儀器使用回線場源階躍脈沖（相當于矩形脈沖后沿）激發的瞬變電磁場進行測量。

在導電率為σ、導磁率為μ0的均勻各向同性大地表面敷設面積為S的矩形發射回線，在回線中供以 的階躍脈沖電流。在電流斷開前，發射電流在回線周圍的大地和空間中建立起一個穩定的磁場，如圖1所示[ 2 ]。

2 TEM資料處理

瞬變電磁法資料處理流程如圖2。

首先對原始數據進行整理、預處理、建立數據庫、調整時窗參數，提取有用信號；然后進行一維反演，輸出各測線視電阻率斷面圖，各斷面圖的數據構成了一個三維數據體，在該數據體中可以根據三維地震提供的各目的層深度，提取出各層位對應深度的視電阻率數據，進而可以繪制出各層位的視電阻率分布圖，結合現有的已知地質資料成果綜合分析，判斷電性異常區的真偽，進行合理的地質解釋，最終生成我們所需的各層位富水性分布圖。

3 應用實例

3.1 測區地球物理電性特征

瞬變電磁法是電法勘探的一種方法，它通過研究不同地層的電阻率差異，并結合已知地質資料來達到評價地層和地質構造含水性等目的。利用電（電阻率）法評價地層的富水性，首先要掌握測區地層的電性特征，尤其是要掌握含水巖層與周圍巖層的電性差異。

根據已搜集到的鉆孔資料并參考鄰區有關資料，綜合分析該區主要巖層的電性特征見下表（表1）：

巖石的導電性與其巖性有關，同時也與其含水性有密切關系。一般情況下，干燥的巖石、石油和空氣的電阻率為無窮大，但實際上巖石孔隙、裂隙大都含有一定量的水，并隨著巖石含水飽和度的增加，電阻率急劇下降。

因此，巖層的電阻率大小不僅取決于干燥巖石本身的電阻率，還取決于巖石的含水飽和度。一般來說，含水斷層和含水巖層的電阻率遠小于不含水圍巖和巖層的電阻率，這也是電法評價構造及含水層富水性的依據。

3.2 視電阻率斷面圖分析解釋

視電阻率斷面圖的底部橫坐標表示測點號，縱坐標表示地層標高（單位為m），圖右側為電阻率色標，電阻率單位為Ω.m。圖中標有“Q”的黑線為第四系底界面，標有“16”的黑線為16煤底板，標有“O2”的黑線為奧灰頂界面，圖中紅色線段表示斷層及地質異常區。從視電阻率斷面圖總體來看，上部視電阻率值普遍較低，為第四系地層的電性反映，中部視電阻率值相對較高，為煤系地層的電性反映，下部視電阻率值明顯高于中、上部視電阻率值，視電阻率等值線呈高阻密集分布，為奧陶系灰巖的電性反映。

現以D1、D2線為例分析如下：

3.2.1 D1線視電阻率斷面圖

D1線共布設了57個測點，點距40m，剖面長度2240m。該斷面上發育有莊頭斷層、FS8、FS7、FS5、FS11等斷層，從斷面圖上看大號端16煤底板及奧灰頂界面附近視電阻率值偏低，對應到平面圖上顯示為低阻異常區，分析該處巖溶相對發育，需要引起注意。該斷面上其它斷層破碎帶附近沒有明顯低阻異常，反映其它斷層在該地段富水性相對較弱（見圖3）。

3.2.2 D2線視電阻率斷面圖

D2線共布設了26個測點，點距40m，剖面長度1000m。該斷面發育有FS16斷層，從斷面圖上看整條剖面視電阻值變化較為平緩，FS16斷層破碎帶附近視電阻率沒有明顯變化，僅在84號測點16煤附近視電阻率有一小的低阻反映，分析認為是局部電性不均勻，或有裂隙等充填低阻物質所致，認為整條剖面富水性較弱（見圖4）。

4 結論

在本次電法勘查區內采用瞬變電磁法（簡稱TEM法）探明了第四系底界、灰巖富水性、富水區域以及奧灰頂部60m范圍內的富水性、富水區域，達到良好的效果。

瞬變電磁法對淺層富水區探測的重要勘探方法，需要指出的是各灰巖富水異常區，在靜態平衡遭到破壞時，有可能通過斷層破碎帶或裂隙導水，各含水層之間存在一定的水力聯系，在地質資料解釋中，還應結合三維地震以及地質水文資料進行綜合分析，來取得更好的地質解釋成果。

參考文獻：

[1] 牛之璉.時間域電磁法原理[M].長沙.中南工業大學出版社，1992.

[2] 楊海燕，岳建華.礦井瞬變電磁法理論與技術研究[M].科學出版社，2015.