瞬变电磁法资料解析中的标志特征

杨占军

【摘 要】瞬变电磁法是当前煤田水文地质勘探的首选方法。它具有施工效率高、纯二次场观测、对低阻体敏感、形态简单、分辨能力强、剖面测量和测深工作同时完成、不受地形影响等优点。由于瞬变电磁法是一种间接性的地球物理勘探方法，所以在对其资料解析时，要结合已有的地质资料来进行，并要求符合地质构造的规律和特点。本文对利用瞬变电磁法探测煤矿采空区时资料解析的要点进行了分析，提出了标志特征的概念，对瞬变电磁法的资料解析具有一定的指导意义。

【关键词】瞬变电磁法 采空区 资料解析 标志特征

瞬变电磁法（亦称时间域电磁法，英文缩写为TEM），是采用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测在地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测地下介质的电阻率的一种方法。简而言之，瞬变电磁法就是利用电磁感应定律的原理，通过测量断电后各个时间段的二次感应涡流场随时间变化的规律，得到不同深度的地电特征，从而判断地下地质体的性质和空间分布规律，用于探查矿产资源和地质构造的方法。瞬变电磁法的优点是施工效率高、纯二次场观测、对低阻体敏感、形态简单、分辨能力强、剖面测量和测深工作同时完成、不受地形影响。它是当前煤田水文地质勘探的首选方法，可应用于探查岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则含水体等富水性地质体在地下空间的位置和分布形态。

1 技术特点

与其它地球物理勘探方法一样，瞬变电磁法也属于一种间接的探测方法。而且由于我国地域辽阔、地质结构类型多样，地质结构的区域性和复杂性使得不同地区的成矿、成水条件也不尽相同。所以，在对利用瞬间电磁法获取的资料进行解析时，一定要结合所在区域的地质资料和已有的地质成果，与其他勘探方法有机配合，资料解析要符合地质规律。而不宜随意照搬套用其他地区的解释数据和经验，否则容易导致做出错误的判断。在具体工作中，要充分利用已经掌握的地质资料，结合区域地质构造规律，采用局部与整体、平面与纵向相结合的分析方法来标示、追踪异常，并把获得的地电信息识别出来。首先要依据前期试验结果总结出的已知采空区TEM异常的响应特征，对工作区内TEM断面图进行解释，划出断面图上采空区的分布，同时充分考虑相邻断面之间的关联性，然后把断面解释的采空区放到平面图上以圈出采空区的分布范围。在瞬变电磁法资料解析的过程中，其关键环节是确定资料解析中的标志性数据特征。

2 实例

山西盂县某矿是由若干小煤矿整合而成，主要开采石炭系上统太原组9号和15号煤层。为摸清井下采空区分布及其富水性，利于今后煤矿生产的安排，2014年对其进行了瞬间电磁法探测。

根据已知测井资料结合本次物探成果以及地质资料分析：第四系地层广泛分布于井田内，厚0～50m，平均厚15.00m，岩性为粘土，视电阻率变化范围较大，一般在10～70Ω？m；在断面图中部分厚度小于30m处于盲区中。煤系地层主要由二叠系下统下石盒子组、山西组以及石炭系上统太原组、中统本溪组组成，岩性主要为灰色砂岩、泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩、灰岩等，视电阻率为40～120Ω？m。奥陶系为煤系基底，岩性主要为灰岩，视电阻率一般大于100Ω？m，呈现相对高阻。若岩溶发育，视电阻率呈现相对低阻。当存在陷落柱时，断面中视电阻率等值线梯度变化较大。若陷落柱富水，则呈现相对低阻；若陷落柱不富水，则呈现相对高阻。

本次勘探的目的层9号、15号煤层赋存于石炭系上统太原组。瞬变电磁法资料解析中的标志特征如下：（1）煤层未开采时，9号煤层视电阻率一般在80～130Ω？m；采空区富水时，9号煤层视电阻率一般小于60Ω？m；采空区不富水时，9号煤层视电阻率一般大于125Ω？m。（2）煤层未开采时，15号煤层视电阻率一般在40～80Ω？m；采空区富水时，15号煤层视电阻率一般小于40Ω？m；采空区不富水时，15号煤层视电阻率一般大于76Ω？m。这些数据就是本次瞬变电磁法资料解析中的标志特征。

各测线电阻率断面图反映了沿测线方向上地质体横向上和纵向上的电性分布特征，根据电阻率等值线或色谱的形态、规模、变化特征及数值大小，可以推断地质体或异常的形态、性质等，是研究目标体电性特征的主要图件之一。结合已知地质资料，在断面图中标出煤层，并圈定出异常沿断面图方向上的异常范围。

本次瞬变电磁法施工在探测区内共设计25条测线，结合地质资料，提交了25个剖面，下面以C5测线为例来详细分析其异常特征：在瞬变电磁法C5测线的视电阻率断面中，纵向上视电阻率呈现低──中──低──高的变化特征，电性分层明显，反映了地层的电性特征。浅部视电阻率值小于30Ω·m，呈现相对低阻，为第四系地层粘土的电性反映；中部视电阻率值介于50Ω·m～80Ω·m之间，为二叠系及石炭系地层的电性反映；深部视电阻率呈现相对高阻，为奥陶系地层灰岩的电性反映。在桩号100～400m位置，受高压线干扰相对较严重（资料处理时已完成滤波、去噪、平滑等处理工作）。在桩号900～1340m的15号煤层赋存位置，视电阻率呈现相对低阻且视电阻率等值线梯度变化较大，说明煤层原始形态发生变化，推断该低阻异常为15号煤层采空区的电性反映；在桩号540～840m处，视电阻率大于76Ω·m，呈现相对高阻，推断该范围内为15号煤层采空后的不富水电性反映；该煤层其余位置，视电阻率介于60～76Ω·m，为煤层赋存的电性反映。在桩号100～300m以及桩号440～700m的9号煤层赋存位置，视电阻率介于60～80Ω·m，推断该位置煤层采空；在桩号960～1420m，视电阻率小于60Ω·m，呈现相对低阻，推断为9号煤层采空的电性反映；在桩号860～900m，视电阻率大于125Ω·m，呈现相对高阻，推断该范围内9号煤层采空的不富水电性反映；其余位置，视电阻率介于80～125Ω·m，为煤层赋存的电性反映。另在桩号400～500m，标高650～950m处，视电阻率等值线梯度变化较大，结合已知资料为F2断层的电性反映，该断层为正断层，落差为20m左右，倾角近75°。

参考文献：

[1] 刘天佑.地球物理勘探概论[M].北京地质出版社，2007：207-217.

[2] 山西阳泉盂县玉泉煤业有限公司一采区瞬变电磁勘探报告[R].2014.