基于瞬變電磁法小窯物探參數(shù)試驗(yàn)分析

王鵬霏(霍州煤電呂能臨化龐龐塔煤礦， 山西 呂梁 033200)

1 前言

瞬變電磁法其基本原理是利用不接地線圈(當(dāng)然也可用接地導(dǎo)線)供脈沖電流，在地下激發(fā)起二次渦流，在一次場(chǎng)斷開(kāi)后觀測(cè)其渦流形成的二次場(chǎng)(瞬變場(chǎng))及其衰減態(tài)勢(shì),可解釋地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)樗沧儓?chǎng)的參數(shù)強(qiáng)度及延遲時(shí)間是與地下地質(zhì)體的幾何參數(shù)和電性參數(shù)有關(guān)。良導(dǎo)地質(zhì)體(如含水體)尺寸越大,導(dǎo)電性越好，瞬變場(chǎng)強(qiáng)度越大且熱損耗越小，故衰減越慢,延遲時(shí)間就越長(zhǎng)。據(jù)上述特征就可判斷被探測(cè)的賦水體幾何位置和埋深。

某礦生產(chǎn)規(guī)模300萬(wàn)t/a，面積13.263 9km2。該礦工業(yè)廣場(chǎng)位于臨縣木瓜坪鄉(xiāng)吉家莊村，礦井采用斜井開(kāi)拓，分采區(qū)開(kāi)采5上、5、9號(hào)煤層，5號(hào)煤層分叉處5煤與5上煤層合并開(kāi)采。掘進(jìn)工作面全部采用綜掘機(jī)掘進(jìn)，主要巷道采用料石砌碹支護(hù)，部分采用錨噴，掘進(jìn)工作面巷道全部采用錨網(wǎng)梁支護(hù)。采煤方法為綜合機(jī)械化長(zhǎng)壁式低位放頂采煤法，全部垮落法控制頂板。

為了更好地完成地面小窯物的勘探任務(wù)，在進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集之前，進(jìn)行了試驗(yàn)工作。試驗(yàn)工作的主要目的是了解勘查區(qū)的地電條件、施工條件、干擾背景以及煤層采空積水區(qū)的地球物理特征等，通過(guò)有效試驗(yàn)，以便選擇最佳工作方法和裝置參數(shù)。單點(diǎn)試驗(yàn)選取在鉆孔P104附近的DSY- 1點(diǎn)和鉆孔P105附近的DSY- 2點(diǎn)進(jìn)行。試驗(yàn)線選在勘查區(qū)外北部的推斷存在采空積水地段進(jìn)行。

2 儀器選擇

本次勘探投入的瞬變電磁儀器為T(mén)EM- 6強(qiáng)源瞬變電磁儀。TEM- 6型瞬變電磁勘探儀主要參數(shù)：

(1)強(qiáng)場(chǎng)源：儀器供電電流最大為1 500A，極大的增強(qiáng)了信噪比和勘探深度。

(2)以便攜機(jī)為主體，具有多種實(shí)時(shí)處理功能，采用軟硬件結(jié)合方法壓制和補(bǔ)償50Hz工業(yè)電流干擾，補(bǔ)償儀器零點(diǎn)漂移，剔除輸入信號(hào)的最大誤差值，數(shù)字濾波，任意次數(shù)疊加，替位平均，各種平滑處理，多測(cè)道的疏密平均等[1]。

(3)儀器測(cè)量部分選用高速16位A/D，采用高精密的芯片以及快速比較器組成“一次到位”的浮點(diǎn)放大器，使系統(tǒng)的總精度優(yōu)于0.5%，滿足詳查指標(biāo)的要求，儀器備有自校零功能，在測(cè)量時(shí)間內(nèi)，儀器零點(diǎn)漂移被完全補(bǔ)償，工作非常穩(wěn)定。

3 儀器試驗(yàn)分析

根據(jù)本區(qū)特點(diǎn)及瞬變電磁法的要求，試驗(yàn)工作包括工作裝置、供電電流、供電脈寬、供電次數(shù)等，同時(shí)進(jìn)行參數(shù)有效性試驗(yàn)和噪音水平試驗(yàn)[2]。

3.1 參數(shù)試驗(yàn)

1) 裝置試驗(yàn)

供電電流300A、供電脈寬4ms、供電次數(shù)8次疊加，分別用5m×5m單匝中心回線和10m×10m單匝中心回線。從圖1可以看出使用兩個(gè)不同邊框時(shí)，曲線形態(tài)相近，考慮勘查區(qū)地形起伏變化較大和煤層埋深較大，為了加大有效探測(cè)深度，所以使用10×10m單匝中心回線裝置。

圖1 不同發(fā)射邊框衰減曲線對(duì)比圖

2)供電電流試驗(yàn)

裝置10m×10m單匝中心回線，供電脈寬4ms，供電次數(shù)8次，分別使用230A、300A和350A的供電電流。從圖2可以看出用350A和300A的供電電流時(shí)信噪比高，曲線形態(tài)圓滑，可以有效壓制干擾；使用230A的供電電流時(shí)衰減曲線尾部不穩(wěn)定，綜合考慮選定電流為300A。

圖2 不同供電電流衰減曲線對(duì)比圖

3)供電脈寬試驗(yàn)

裝置為10m×10m單匝中心回線、供電電流300A，分別使用4ms和8ms的供電脈寬。從圖3上可以看出兩曲線形態(tài)相似，考慮供電脈寬越大，耗電量越大，所以供電脈寬選定為4ms。

圖3 不同脈寬衰減曲線對(duì)比圖

4)供電次數(shù)試驗(yàn)

裝置為10m×10m單匝中心回線、供電電流300A、供電脈寬4ms，分別使用4、8、16次疊加。從圖4可以看出使用4次疊加時(shí)，尾部出現(xiàn)浮動(dòng)，有干擾信號(hào)影響正常衰減形態(tài)，使用8次和16次疊加時(shí)曲線形態(tài)相似，同時(shí)考慮到野外施工效率，所以疊加次數(shù)選定為8次。

圖4 不同供電次數(shù)衰減曲線對(duì)比圖

3.2 噪聲水平試驗(yàn)

測(cè)區(qū)主要存在的干擾源有高壓線、地下游離電磁干擾和地面建筑物干擾，其特點(diǎn)是造成的干擾不可避免，隨機(jī)性較強(qiáng)；采用試驗(yàn)合適的最大電流壓制和線框平行于地面供電線減小干擾。圖5所示為遠(yuǎn)離高壓線干擾處同一點(diǎn)噪聲與采集的衰減曲線對(duì)比圖，虛線為開(kāi)發(fā)射時(shí)電壓衰減曲線，實(shí)線為不開(kāi)發(fā)射情況下噪聲電頻信息。從圖中可以看出，發(fā)射衰減曲線比較圓滑，噪聲信息信號(hào)在衰減曲線之下，所以各測(cè)道數(shù)據(jù)均可用。

圖5 同點(diǎn)噪聲與采集衰減曲線對(duì)比圖

圖6所示為垂直高壓線走向不同距離對(duì)比圖，供電電流300A、供電次數(shù)8次、發(fā)射框單匝10m×10m中心回線時(shí)，離高壓線40m的曲線衰減形態(tài)圓滑，可以判斷該高壓線影響范圍為左右各40m。

圖6 垂直高壓線走向不同距離對(duì)比圖

4 結(jié)論

從以上試驗(yàn)得出本次地面瞬變電磁勘探初步設(shè)計(jì)參數(shù)合理，可以滿足本區(qū)勘探目的，物探最終參數(shù)為：供電電流為300A，采樣道45道，供電次數(shù)8次供電脈寬4ms，發(fā)射框?yàn)閱卧?0m×10m，中心回線。