高压线对地面瞬变电磁影响范围的研究

黄晓芳

（长治职业技术学院，山西 长治 046000）

高压线对地面瞬变电磁影响范围的研究

黄晓芳

（长治职业技术学院，山西 长治 046000）

地面瞬变电磁法在勘探领域应用广泛，为了研究实际工作中遇到的高压线干扰问题，通过理论与实践对高压线影响范围做了研究，从衰减曲线等资料入手分析并圈定高压线影响范围。研究表明高压线对瞬变电磁的干扰的大小与水平距离有关，研究结果对高压线附近的瞬变电磁施工有一定的指导意义。

瞬变电磁；高压线；水平距离；衰减曲线

瞬变电磁法（TEM）是一种以电磁感应为基础的时间域电磁勘探方法，利用不接地回线向地下发送一次脉冲电磁场，用接收线圈观测该脉冲电磁场感应的涡流二次场的空间和时间分布，从而解决有关地质问题。如今，瞬变电磁法已凭借其诸多显著优势在矿产资源调查、地质调查等传统领域获得了广泛的应用。但是，瞬变电磁法在实际的应用过程中会受到很多干扰因素的影响[1-3]。

本文针对实际生产中所遇到的高压线对瞬变电磁探测干扰问题进行研究，通过试验数据观测高压线对瞬变电磁法采集资料的影响程度,圈定高压线干扰范围，对高压线的影响做到心中有数，为之后的煤矿安全生产提供一定的指导建议。从而对实际生产过程中各种参数的选择提供一定的指导，进而降低高压线对探测结果的影响，提高勘探精度。

1 理论依据

瞬变电磁法遵循法拉第电磁感应定律，基本原理是通电物体在连续变化或不连续变化的电磁场激励下产生感应涡流，通过专业设备测量激发二次场的大小、空间分布特性和时间特性，进而获得地质目标体电性特征、空间特征和发射源特征等[4]。针对一次脉冲信号，二次场信号表示为：

如果瞬变电磁法施工区域中有通电高压线存在，高压线产生的电磁场会对瞬变电磁法采集的数据产生很大的影响，尤其是对中、深层的信息会产生严重的影响，这种影响在衰减曲线上显示为曲线尾部突然出现升高或降低的畸变测道，代表高阻或者为低阻假异常。高压线产生干扰的计算：假定高压线为单回路三相电，距地面高为h，线间距为l，距高压线水平距离为d的一点P的磁感应强度B为三相电产生的磁场强度矢量和，通过毕奥--萨戈尔定律等的计算得到三相电在P点竖直方向上产生的总磁感应强度的变化率为：

式中：Im为电流的振幅，A；ω为频率，且ω=100πrad/s。

通过计算可知，高压线在每一点产生的干扰均呈正弦曲线变化[5]，并在高压线边缘干扰达到最大，但随着接收线框与高压线间水平距离的逐渐增大，高压线对瞬变电磁采集资料的干扰总体呈减小趋势。

2 实例分析

2.1 地球物理特性

勘探区域属于侵蚀中低山地貌，大部分地段被黄土所覆盖，黄土厚度分布不均匀，在0～20 m范围内变动，山坡和沟底局部有基岩出露，沟谷有山间带状冲积物分布。区内沟谷发育，地形起伏较大，大部分地段被茂密植被覆盖，区域表浅层电性条件复杂。

通过对以往资料的收集调查与分析，对比了水平方向上岩层视电阻率值差异与变化情况，发现了地下水文地质异常的分布形态。结合已有地质资料与相邻地区的地层资料以及区域内测井地质资料进行分析，得出结论为：新生界地层从上到下主要包括电阻率为10～24 Ω·m的粘土层，35～100 Ω·m的黄土、沙层，100～300 Ω·m的干土、干沙层；二叠系地层岩性为泥岩、砂岩、粉砂岩及煤层，电阻率为35～100 Ω·m；石炭系地层岩性为粉砂岩、泥岩、铝土岩、灰岩及煤层，该层电阻率为95～150 Ω·m；奥陶系地层主要是由深灰色层状石灰岩组成，其电阻率大于700 Ω·m。

综合评价该区域属于典型条件较复杂地区。

2.2 其他影响因素控制

除了保证各试验位置地点特性较为稳定外，还有一些因素可能对试验数据的准确性产生干扰。

1）实验地点选在距离城市、乡村及工厂都较远的地点，排除了人文因素的干扰。

2）试验要选择在晴朗的天气条件下进行，避免了天电因素的干扰。

3）试验前要保证植被上没有露水，排除了地面低阻因素的干扰。

2.3 试验过程及分析

本次施工区域内存在110 kV、35 kV高压输电线，试验针对110 kV高压线的影响范围进行研究。

根据调查，该110 kV高压线电流振幅为600 A，与地面垂直距离10 m，线距2 m。设计试验点共5个，点距为40 m，5个试验点在同一测线上，测线方向与高压线延伸方向大体垂直，5个试验点和高压线的水平距离依次为20 m、60 m、100 m、140 m、180 m。根据公式（2）计算得到距高压线水平距离20 m时干扰值为41.4×10-5T/s；距离60 m时干扰值为2.630×10-5T/s；距离为100 m时干扰值为0.904×10-5T/s；距离达到140 m时干扰值为0.500× 10-5T/s；距离达到180 m是干扰值为0.340×10-5T/s。计算显示当与高压线水平距离达到180 m时，高压线电磁干扰已经很小。

本次施工采用GDP-32II多功能电法工作站，大定源回线装置测量，施工参数为：发射线框840 m×840 m，发射频率4 Hz，发射电流14 A，叠加次数32次，接收探头为GDP-32专用集成磁探头，接收等效面积为10 000 m2。本次试验5个试验点位置基本上在同一水平山坡上，黄土覆盖厚度基本一致，地表都有植被覆盖，试验时排除了人文、天电等的干扰因素。在严格按照施工规范进行采集，各点采集到的衰减曲线见图1。

图1-a是与高压线水平距离20 m时测得的衰减曲线，从衰减曲线上可以看出110 kV的高压线电磁干扰使得二次场早期数据较高，曲线在晚期出现跳点，说明该距离下高压线电磁干扰对资料影响很大；图1-b是与高压线水平距离60 m时测得的衰减曲线，从图中可以看出二次场早期数据略有降低，曲线中部畸变测道较多，显示中晚期影响较大，说明60 m水平距离下110 kV高压线电磁干扰对资料影响仍然较大；图1-c是与高压线水平距离100 m时测得的衰减曲线，图中显示二次场早起数据变化不大，曲线显示畸变道数仍然较多，晚期影响仍然存在，说明高压线电磁干扰对资料仍存在一定的影响；图1-d是与高压线水平距离140 m时测得的衰减曲线，图中显示二次场早期数据受影响程度已经不大，曲线尾部畸变测道较少，显示高压线对资料的影响逐渐减小；图1-e是与高压线水平距离180 m时测得的衰减曲线，图中显示二次场早期数据基本上保持了一个稳定值，衰减曲线数据质量也较好，没有出现畸变，说明高压线电磁干扰对资料的影响已经很小。

从以上5个试验点测得的衰减曲线资料对比可以看出，本区110 kV高压线对数据采集的影响范围大约为高压线周边180～200 m范围内。该结果与根据理论公式计算所获得的结论基本一致，可以圈定高压线电磁干扰影响范围。

通过对高压线干扰范围的圈定，在施工采集时采取了加大供电电流，增加叠加次数以及延长观测时间等措施来压制干扰，基本上保证了采集资料的可靠性。

4 结束语

瞬变电磁勘探技术应用广泛，而且在很多领域也都取得了较好的成果，尤其在探测低阻水体及采空区方面更是效果良好，但是在噪声抑制技术等方面发展尚不完善，在采集过程中的干扰因素方面没有得到人们足够的认识，仍需加强研究。

地面瞬变电磁法勘探区域中如果存在高压线，则应在施工之前针对高压线的干扰严重程度及影响范围进行一定的试验工作，圈定出高压线影响范围。本文从理论及实践两方面入手，指出圈定高压线影响范围在地面瞬变电磁正常工作时参数的选择等方面有一定的指导意义，可以广泛的应用。

[1]陈曙东，何胜，张爽.地面瞬变电磁系统标定的理论研究[J].地球物理学进展.2014,29（2）:660-667.

[2]李风明，刘洪福，张新军，等.工业输电线对瞬变电磁二次场的影响及干扰的消除[J].地球物理学进展.2014,29（3）:1399-1405.

[3]底青云，方广山，张一鸣.地面电磁探测系统（SEP）研究[J].地球物理学报.2013,56(11):3629-3639.

[4]牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙：中南大学出版社，2007.

[5]李建慧，刘树才，李富，等.大定源瞬变电磁法矩形发射的电磁场[J].物探化探计算技术.2008（2）:154-159.

Interference of High-voltage Line on Ground Transient Electromagnetism

HUANG Xiaofang
(Changzhi Polytechnic Institute,Changzhi 046000,China)

Ground transient electromagnetic method is widely used in exploration.To study the interference caused by high-voltage line in work,its reach is analyzed in terms of theory and practice and is delineated by decay curve.The results show that the interference of the high-voltage line on transient electromagnetism is correlative with horizontal distance.The study is useful for the transient electromagnetic construction near the high-voltage line.

transient electromagnetism;high-voltage line;horizontal distance;decay curve

P631.3

A

1672-5050（2015）01-0022-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.008

（编辑：刘新光）

2014-11-03

黄晓芳(1982-)，女，河北衡水人，大学本科，助教，从事地质研究工作。