瞬變電磁法在山西探測陷落柱中的應用

1、1瞬變電磁法在山西探測陷落柱中的應用瞬變電磁法在山西探測陷落柱中的應用劉君陳強摘要：在煤礦的開采過程中，查明斷層、陷落柱等地質(zhì)構造的意義重大，可以指導煤礦合理布局工作面，提高工作效率。通過瞬變電磁法，結合了直流電法和測氡等輔助手段，可以準確地確定陷落柱的位置、形態(tài)，并經(jīng)過實際井下鉆探驗證，證明瞬變電磁法在探測陷落柱方面效果良好。關鍵詞：瞬變電磁，多測道V（t）剖面圖，陷落柱。時間域瞬變電磁法簡稱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，在一次脈沖場的間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的物探方法。由于瞬變電磁法具有分辨能力強，工作效率高，受地形影響小等特點，近幾年來越來越受到人們的重視，被廣泛用于油氣田，地熱，煤田以及地下水勘查等領域。在山西古交、晉城煤田的地質(zhì)勘探中，發(fā)現(xiàn)瞬變電磁對陷落柱的探測效果良好，對陷落柱的定性和位置確定準確可靠。1、理論基礎、理論基礎1.1、均勻半空間瞬變電磁場、均勻半空間瞬變電磁場在電導率和磁導率均勻的大地上，敷設輸入

3、階躍電流的回線，當發(fā)送回線中電流突然斷開時，在下半空間就要被激勵起感應渦流場以維持在斷開電流前存在的磁場，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，面電流開始擴散到下半空間中，在切斷電流后的任一晚期時間里，感應渦流呈多個層殼的環(huán)帶形，隨著時間的延長，渦流場將向下及向外擴散。感應渦流場在地表引起的磁場為整個“環(huán)帶”各個渦流層的總效應，這種效應可以用一個簡單的電流環(huán)相等效，圖1表示了發(fā)送電流切斷以后三個時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是電磁感應原理，據(jù)此理論，地質(zhì)體被激勵所感應的二次渦流場強弱決定地質(zhì)體所藕合的一次脈沖磁場磁力線的多少。瞬變電磁儀接收的信號是二次渦流場的電動勢（即二次電位），對二次電位進行歸一化處理后，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)問題。圖1半空間中的等效渦流場半空間中的等效渦流

5、場陷落柱的類型可以分為開放型和封閉型兩種，其成因是奧灰中的溶洞塌陷，導致上覆巖層垮落形成的，當塌陷波及到?jīng)_積層稱為開放型陷落柱，塌陷沒有波及到?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，亦俗稱為無炭柱，它與正常地層相比，變得疏松，密實度降低，表現(xiàn)在電性上為導電性下降，電阻率升高，其物理模型可以簡化為均勻?qū)訝畲蟮刂写嬖谥绷⒚}狀異常體的情況。實際測量中，二次渦流場的衰減快慢與地質(zhì)體的電阻率有關，電阻率高，二次2渦流場衰減快，電

6、阻率低，二次渦流場衰減慢，對于陷落柱而言，二次渦流場衰減較快，歸一化二次電位相對較低，正常地層的二次渦流場衰減較慢，歸一化二次電位相對較高，在陷落柱的兩側邊界出現(xiàn)為“雙峰”異常，其頂部出現(xiàn)接近于極小值的低值異常。2、實例、實例探測區(qū)屬于西山礦務局西曲礦采區(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。本次瞬變電磁測量儀器選用兵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、干擾能力強的特點，線框邊長為10m，供電電流7A左右，點距10m。圖2為Ⅱ測線的多測道V（t）剖面圖，從圖中可以看出，在86～90#點出現(xiàn)“V”字型低值異常，且86#點和90#點處出現(xiàn)“峰”與“谷”相對應的異常特點，為陷落柱的位置。在早期測道，低值異常范圍較小，到中、晚期測道，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

8、道多測道V（t）剖面圖）剖面圖同時，在Ⅱ測線上進行了直流電測深工作，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#點等值線明顯出現(xiàn)了一個高阻閉合圈，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，該礦進行了井下鉆探驗證，結果表明對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、結語、結語總之，瞬變電磁法因其具有受地形因素，體積效應影響小，抗干擾能力強的特點，能穿透高阻覆蓋層，對低阻反映靈敏等獨特優(yōu)勢，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)點明顯，但是單一的物探方法往往對地質(zhì)異常體很難定性，必須輔助測氡、直流電法、磁法等物探方法，對地質(zhì)異常體進行綜合解釋。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：[1]牛之璉時間域電磁法原