关于煤田水文地质调查中瞬变电磁法的应用分析

曹胜洪

摘 要：随着经济和社会的快速发展，我国对能源的消耗和需求量不断增加。煤炭作为黑金，其在我国的经济快速发展中发挥了至关重要的作用。我国的煤炭储量较多，技术人员在进行煤田开发时需要对其水文环境进行科学调查，保证煤田开发的安全性，文章将对煤田水文地质调查中瞬变电磁法的应用进行分析和探讨。

关键词：煤田；水文地质；瞬变电磁法；应用

1 煤田水文地质调查概述

1.1 煤田水文地质探查概述

改革开放之后我国经济和社会得到快速发展，各行各业都进入了蓬勃发展的历史时期。经济的持续繁荣增加了对能源的需求。煤炭是我国重要的能源之一。煤炭资源的开发和利用能够极大的促进社会的发展，维护我国的能源安全。但是我国煤田较多的储存在较深的地层之中，由于各个地方的地质条件不尽相同，技术人员在进行煤炭资源的开采利用时需要加强对煤田水文地质条件的勘察，制定出最为科学的开采方案，最大限度的保障作业人员的施工安全，提高煤田开采效率，增加企业的投资效益。

1.2 瞬变电磁法概述

上世纪由苏联科学家发明的时域电磁探測技术能够探测深度较大的矿井，且其纵向探测的分辨率比较高，因此在矿产资源的开发中得到广泛的应用。瞬变电磁法是当前煤田水文地质调查技术人员应用较多的技术手段，其能够探测的深度范围较大，能够有效分析不同地质环境下的水文地质情况，因此这种方法在我国油田开采、地热资源开发、煤田开发中得到广泛的应用。

2 煤田水文地质调查中瞬变电磁法的应用分析

2.1 瞬变电磁法技术原理

在我国的煤田水文地质调查中瞬变电磁法得到广泛的应用，其利用线路中不接地回线或接地线源脉冲磁场，在勘测区向地下发射一次电磁场，发射电磁场后利用电磁线圈接受地下良导地质体产生的二次涡旋电磁场，根据其二次电磁场时域空间内的分布特性，对地下矿藏以及地质构造进行判断和分析。从而能够对煤田水文地质的不同层面进行探测和分析。瞬变电磁法能够充分利用地质体良导效应进行响应，这种方法能够对煤田的煤层顶底含水层进行科学的划分，还能够对煤层形态及陷落进行探测，以及对煤田断层及其裂隙的导水性进行判断和评价。瞬变电磁法的穿透能力很强，其在探测时能够覆盖较大的区域，并且受地形的影响较小，适应能力较强。瞬变电磁法是时域内的测量方法，其测量速度比较快，工作效率和精度都比较高。

2.2 煤田地质水文调查中瞬变电磁法特点

（1）分辨率高：由于观测的是纯二次场，可在近区观测，可采用同点组合（重叠回线、中心回线法）法和大定源回线观测，与探测目标耦合好，取得的异常幅度强、形态简单、分层能力强。（2）勘查的深度范围大：在目前的技术条件下，勘查范围浅可至几米、深可达一千米；随着采集仪器、资料处理解释方法的进步，勘查深度范围还能进一步的扩大。（3）地形影响较小：在高阻围岩地区地形起伏引起的假异常较小；在低阻围岩地区，由于是多道观测，早期地形影响也较易识别。（4）信息丰富：剖面测量与测深工作同时进行，提供的地电信息丰富，便于资料的解释。（5）资料信噪比高：人工源方法，且可很容易地实现多次叠加（可达几百次至几千次），资料信噪比较高。（6）适应环境能力强：由于可采用不接地回线发射与接收，不存在接地电阻问题，在基岩出露区、冻土带、沙漠、水泥路面、江河湖海水面上均可进行测量。具有适用范围广、施工方便、工作效率高的特点。（7）应用领域广：瞬变电磁法可解决的地质问题有能源、矿产勘查、水文、工程、环境地质调查、考古探测等。

2.3 煤田水文地质瞬变电磁法勘探技术的工作方法及测网布置探析

瞬变电磁法的测量装置由发射回线和接收回线两部分组成，常用的地面测量装置有三种：（1）同点回线装置，根据发射线圈与接收线圈的相互位置不同，又可分为重叠回线（图1a左）和中心回线（图1a右）两种装置形式装置；（2）分离回线装置，也称偶极装置（图1b），发射回线和接收回线保持一定的距离，两回线的尺寸可以相同，也可以不同；（3）框-回线装置又称大回线定源装置（图1c），发射回线采用边长数百米的矩形回线，在回线内外布置测线，用小型线圈或探头沿测线观测。

一般会使用大回线定源装置进行测量，其方法便于施工，施工速度快，勘查深度大、施工效率高的优点。

测网要沿着测线中心方向布设测量，应垂直构造布置测线。瞬变电磁法施工前必须进行试验，实验内容如下。

（1）仪器稳定性试验：确定仪器是否能满足本次TEM法勘探技术质量要求。（2）参数选择试验：通过一定数量点试验，选择合适的采集参数。包括：发射边框大小试验、发射频率试验、发射电流试验、高压线的影响范围等。（3）方法有效性试验：通过在已知钻孔附近开展剖面试验工作，检验采集参数的合理性及方法的有效性。（4）噪声调查试验：为了更好地对数据采集质量进行评价，进行背景噪声测量，了解勘探区噪声环境，为后期的资料处理提供依据。

3 实例分析

2014年在山西省阳泉市某一小煤矿进行了瞬变电磁法地面找水勘探，共设计25条测线，网度为：线距为40m，点距为20m，供电线框300m×320m。

由于9号煤层埋藏较浅，露头位置存在私采现象，受采动影响，煤层顶、底板遭到破坏致使裂隙发育，可能导通大气降水，局部形成富集，威胁煤层的开采。

通过对全区25条测线视电阻率断面图和9号煤层视电阻率顺层切片平面图及已知地质资料等资料进行的综合分析等资料综合分析，认为全区采空区低阻异常特征相对明显，规模异常在纵断面呈现为等值线梯度较大，在平面上电性差异明显，这些为评价采空区富水性提供了充分的电性依据。主要成果如下。

Ⅰ类强富水区：该类异常区面积大，视电阻率值相对较低，或构造发育的有利部位，根据其分布分别标记为Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅰ5、Ⅰ6，其中Ⅰ1富水区面积约为59600m2；Ⅰ2富水区面积约为7800m2；Ⅰ3富水区面积约为77700m2；Ⅰ4富水区面积约为6400m2；Ⅰ5富水区面积约为8300m2；Ⅰ6富水区面积约为8700m2；富水区面积约为168500m2。

Ⅱ类强富水区：位于Ⅰ类强富水区外围，根据其分布分别标记为Ⅱ1、Ⅱ2，其富水区总面积为410500m2。（见图2）

4 结束语

煤炭资源作为重要的能源来源，其在工业革命之后一直为世界上各行各业最为重要的能源资源。我国煤炭资源较为丰富，煤炭长期为我国经济和社会的发展发挥较为突出的作用。但是煤炭资源开采需要在严格、科学的调查研究之后才能安全进行，才能充分保证开发的安全性和高效性。文章对煤田地质水文调查瞬变电磁法的应用技术进行探讨，希望能够提高煤田资源勘察的科学性和安全性。

参考文献

[1]姜彦，王永田.煤田水文地质调查中瞬变电磁法的应用探究[J].地球，2014（1）.

[2]黄力军，陆桂福，刘瑞德.电性源瞬变电磁法在煤田水文地质调查中的应用[J].工程地球物理学报，2004，1（2）：174-177.

[3]杨彦成，郭君婷.煤田水文地质调查中电性源瞬变电磁法的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2013（6）.

[4]崔连军，梁爽.瞬变电磁法在煤矿水文地质勘探中的应用[C]//中国地球物理学会年会，2008.