瞬變電磁法在山西探測(cè)陷落柱中的應(yīng)用

1、1瞬變電磁法在山西探測(cè)陷落柱中的應(yīng)用瞬變電磁法在山西探測(cè)陷落柱中的應(yīng)用劉君陳強(qiáng)摘要：在煤礦的開(kāi)采過(guò)程中，查明斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造的意義重大，可以指導(dǎo)煤礦合理布局工作面，提高工作效率。通過(guò)瞬變電磁法，結(jié)合了直流電法和測(cè)氡等輔助手段，可以準(zhǔn)確地確定陷落柱的位置、形態(tài)，并經(jīng)過(guò)實(shí)際井下鉆探驗(yàn)證，證明瞬變電磁法在探測(cè)陷落柱方面效果良好。關(guān)鍵詞：瞬變電磁，多測(cè)道V（t）剖面圖，陷落柱。時(shí)間域瞬變電磁法簡(jiǎn)稱TEM法，是利用不接地回線或接地線源向地下

2、發(fā)送一次脈沖場(chǎng)，在一次脈沖場(chǎng)的間歇期間，利用線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的物探方法。由于瞬變電磁法具有分辨能力強(qiáng)，工作效率高，受地形影響小等特點(diǎn)，近幾年來(lái)越來(lái)越受到人們的重視，被廣泛用于油氣田，地?zé)?，煤田以及地下水勘查等領(lǐng)域。在山西古交、晉城煤田的地質(zhì)勘探中，發(fā)現(xiàn)瞬變電磁對(duì)陷落柱的探測(cè)效果良好，對(duì)陷落柱的定性和位置確定準(zhǔn)確可靠。1、理論基礎(chǔ)、理論基礎(chǔ)1.1、均勻半空間瞬變電磁場(chǎng)、均勻半空間瞬變電磁場(chǎng)在電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率均勻的大地上，敷設(shè)輸入

3、階躍電流的回線，當(dāng)發(fā)送回線中電流突然斷開(kāi)時(shí)，在下半空間就要被激勵(lì)起感應(yīng)渦流場(chǎng)以維持在斷開(kāi)電流前存在的磁場(chǎng)，此瞬間的電流集中在回線附近的地表，并按指數(shù)規(guī)律衰減。隨后，面電流開(kāi)始擴(kuò)散到下半空間中，在切斷電流后的任一晚期時(shí)間里，感應(yīng)渦流呈多個(gè)層殼的環(huán)帶形，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，渦流場(chǎng)將向下及向外擴(kuò)散。感應(yīng)渦流場(chǎng)在地表引起的磁場(chǎng)為整個(gè)“環(huán)帶”各個(gè)渦流層的總效應(yīng)，這種效應(yīng)可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的電流環(huán)相等效，圖1表示了發(fā)送電流切斷以后三個(gè)時(shí)刻的地下等效電流環(huán)分

4、布略圖，它為一系列與發(fā)送線圈同形狀并且向下及向外擴(kuò)散的電流環(huán)，通常稱之為“煙圈”。1.2、陷落柱的電性特征、陷落柱的電性特征瞬變電磁法的主要物理基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)原理，據(jù)此理論，地質(zhì)體被激勵(lì)所感應(yīng)的二次渦流場(chǎng)強(qiáng)弱決定地質(zhì)體所藕合的一次脈沖磁場(chǎng)磁力線的多少。瞬變電磁儀接收的信號(hào)是二次渦流場(chǎng)的電動(dòng)勢(shì)（即二次電位），對(duì)二次電位進(jìn)行歸一化處理后，根據(jù)歸一化二次電位值的變化，間接解決如陷落柱、斷層等地質(zhì)問(wèn)題。圖1半空間中的等效渦流場(chǎng)半空間中的等效渦流

5、場(chǎng)陷落柱的類型可以分為開(kāi)放型和封閉型兩種，其成因是奧灰中的溶洞塌陷，導(dǎo)致上覆巖層垮落形成的，當(dāng)塌陷波及到?jīng)_積層稱為開(kāi)放型陷落柱，塌陷沒(méi)有波及到?jīng)_積層稱為封閉型陷落柱。由于塌陷往往造成柱體內(nèi)的煤層缺失，亦俗稱為無(wú)炭柱，它與正常地層相比，變得疏松，密實(shí)度降低，表現(xiàn)在電性上為導(dǎo)電性下降，電阻率升高，其物理模型可以簡(jiǎn)化為均勻?qū)訝畲蟮刂写嬖谥绷⒚}狀異常體的情況。實(shí)際測(cè)量中，二次渦流場(chǎng)的衰減快慢與地質(zhì)體的電阻率有關(guān)，電阻率高，二次2渦流場(chǎng)衰減快，電

6、阻率低，二次渦流場(chǎng)衰減慢，對(duì)于陷落柱而言，二次渦流場(chǎng)衰減較快，歸一化二次電位相對(duì)較低，正常地層的二次渦流場(chǎng)衰減較慢，歸一化二次電位相對(duì)較高，在陷落柱的兩側(cè)邊界出現(xiàn)為“雙峰”異常，其頂部出現(xiàn)接近于極小值的低值異常。2、實(shí)例、實(shí)例探測(cè)區(qū)屬于西山礦務(wù)局西曲礦采區(qū)，表層為新生界黃土覆蓋，厚度在幾米到幾十米變化，下覆地層為二疊系、石炭系及奧陶系。本次瞬變電磁測(cè)量?jī)x器選用兵WDC2B型瞬變電磁儀，采用重疊回線“∞”字型裝置，該裝置具有輕便、高效、抗

7、干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，線框邊長(zhǎng)為10m，供電電流7A左右，點(diǎn)距10m。圖2為Ⅱ測(cè)線的多測(cè)道V（t）剖面圖，從圖中可以看出，在86～90#點(diǎn)出現(xiàn)“V”字型低值異常，且86#點(diǎn)和90#點(diǎn)處出現(xiàn)“峰”與“谷”相對(duì)應(yīng)的異常特點(diǎn)，為陷落柱的位置。在早期測(cè)道，低值異常范圍較小，到中、晚期測(cè)道，低值異常范圍逐漸變大，異常形態(tài)反映了陷落柱的賦存形態(tài)，為上小下大的喇叭狀。75808590951001051E61E51E41E31E21E1V(mvA)圖2多測(cè)

8、道多測(cè)道V（t）剖面圖）剖面圖同時(shí)，在Ⅱ測(cè)線上進(jìn)行了直流電測(cè)深工作，裝置采用溫納裝置，供電電極距AB2最小為3m，最大為90m。根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)繪制了等視電阻率斷面圖（圖3）。從圖3中可以看出，86～92#點(diǎn)等值線明顯出現(xiàn)了一個(gè)高阻閉合圈，為陷落柱的反映，與瞬變電磁法所反映的陷落柱位置、形態(tài)一致。根據(jù)瞬變電磁法確定陷落柱以后，該礦進(jìn)行了井下鉆探驗(yàn)證，結(jié)果表明對(duì)陷落柱的定性及位置確定可靠效果良好。9060300AB2(m)7580859095

9、100105圖3等視電阻率斷面圖等視電阻率斷面圖3、結(jié)語(yǔ)、結(jié)語(yǔ)總之，瞬變電磁法因其具有受地形因素，體積效應(yīng)影響小，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能穿透高阻覆蓋層，對(duì)低阻反映靈敏等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，迅速發(fā)展成為一種高效，快捷的物探方法。雖然瞬變電磁的優(yōu)點(diǎn)明顯，但是單一的物探方法往往對(duì)地質(zhì)異常體很難定性，必須輔助測(cè)氡、直流電法、磁法等物探方法，對(duì)地質(zhì)異常體進(jìn)行綜合解釋。隨著研究工作的不斷深入，瞬變電磁法將有十分廣闊的前景。參考文獻(xiàn)：[1]牛之璉時(shí)間域電磁法原