瞬变电磁法大定回线源装置实验研究

张鲁珩　翟培合　宋永文

摘 要：采用瞬变电磁法对目标体进行探测，就必须先确认装置类型及相应的装置施工参数。在施工中为了确定装置参数并使得生产更加合理有效，施工前应在已知位置进行试验工作。

关键词：瞬变电磁法；煤矿防治水；装置参数

引言

煤矿防治水工作一直是煤炭生产的重中之重，对于矿区的一些煤系地层，其上覆含水层厚度大，水文地质工作量不足，当遇有导水断层、富水异常区时，有发生涌水和突水的可能性。因此，需要对矿区的水文地质进行地面瞬变电磁勘探，探查主采煤层上部含水层中赋水异常的位置、范围及其相对强弱，为煤矿防治水综合技术的研究及矿井安全生产中需采取的有效措施提供参考依据。

大定源回线装置是瞬变电磁法常用装置中重要的一种，其施工难度小、效率高、成本低，经常用于地面勘探。文章采用澳大利亚生产的Coal TEM仪器，采用大定源回线装置，将发射回线边长定为500m×500m、600m×600m、700m×700m三种类型，辅以2.5Hz、6.25Hz两种工作频率来进行此次试验。试验根据所要完成的地质任务及目标层（体）的埋深，选择不同大小的发射线框及不同的收发频率，观测对目标地层或地质体的电性反映情况，从而确定最佳施工参数。[1]

1 瞬变电磁法原理

瞬变电磁法是以不接地回线或接地电极通以脉冲电流为场源，以激发探测物的二次电流，在脉冲间隙间用线圈或接地电极测量二次场随时间变化的响应，从而解决有关地质问题的时间域电磁法。

瞬变电磁具有时间的可分性与空间的可分性。这使得瞬变电磁法具有探测深度大、不受地形起伏影响、装置类型多样、抗干扰能力强等特点。瞬变电磁法广泛应用于矿产勘探、构造探测、水文与地质工程调查等领域。[2]

2 实验步骤

2.1 仪器及参数选择

试验使用澳大利亚生产的Coal TEM仪器，它是专业的瞬变电磁勘探设备，与一般的多功能电磁工作站不同，不用考虑其它电磁方法而牺牲瞬变电磁勘探的优势。

根据具体的地质任务结合矿区的地质情况进行分析可知：本次探测目的层深度应控制在地表以下250～700m范围内即可。根据瞬变电磁勘探的方法理论，小线框无法达到所需的勘探深度，故本次试验优选边长500m、600m和700m的发射框作为发射源，并辅以2.5Hz、6.25Hz两种工作频率，选择的采集积分时间不小于15秒，发射电流不小于16A。

2.2 实验区域

本次瞬变电磁法测区地层在纵向上呈现明显的“高-低-高”的电性特征。当地层较均匀且没有含水构造或富水区时，其电性在横向上呈现均匀变化的特征；反之，地层电性横向变化将不再均匀，会出现明显的低电阻率或突变的特征。地层这种横向和纵向上电性变化规律及电性差异，使得我们使用仪器探测地层赋存水体成为可能。选择良好的野外试验区域，该区域地势较平坦，局部有起伏，基本可以代表整个测区。在此区域中存在一条10号测线，测点之间的间距为50m，我们选择其中5个测点为观测点。

2.3 实验过程

试验分为三组进行：

第一组：发射框500m×500m，工作频率

2.5H进行试验并对试验数据进行现场分析；

第二组：根据第一组试验结果，选择试验参数，若第一组达到勘探深度或大于勘探深度，则选择6.25Hz进行试验，否则，选择600m×600m的发射框，工作频率2.5Hz进行试验，现场分析试验数据；

第三组：根据第二组的实验结果，若第二组达到勘探深度或大于勘探深度，则试验6.25Hz的工作頻率，否则，选用700m×700m的发射框，工作频率2.5Hz对实验数据进行现场分析；若勘探深度达到或大于勘探深度，则试验6.25Hz的工作频率，并进行分析对比。

3 分析研究

图2为10线1750-1950号测点电位衰减曲线，从图2中看不同发射线框电位衰减曲线均较为平滑，部分曲线尾支有跳变现象，如图2a）中10-1950、图2b）中10-1900等。说明随着探测时间的增加与探测深度的增大，所采集的电位信号越来越小，对噪声的压制作用也越来越低。

图1为图2数据经过计算及反演分析所得，为地层电性的视电阻率等值线断面图。从图1中可以看出，从-200--600范围内，三种发射线框所反映的地电特性均为“高-低-高”的趋势。随着探测深度的不断增大，数据质量明显下降，如图1a）和图1c）中，在550m以下的数据出现了突变的数值，使得断面无法正常反映深度550以下的地层电性信息，图1b）的数据质量相对较高，但是600m以下数据仍然不均匀，无法达到对数据质量的要求。所以试验中选用的700m、600m及500m反射线框，2.5Hz的发射频率，均无法达到试验目的，也无法完成规定的地质任务。

根据以上的试验结果，综合分析认为，继续试验优先选用600m的发射线框和6.25Hz的收发频率，试验地点不变。实测电位衰减曲线如图3所示，从图3中看出，衰减曲线比较光滑，曲线尾支没有出现跳变现象，数据质量较高。图4为图3试验数据经过反演计算所得的地层电性的视电阻率断面图。从图4中看出，本实验结果能较好的反映勘探区域地层在纵向上“高-低-高”的电性特征，且等值线较为平缓，勘探深度大于800m，符合本次勘探任务的要求。

4 结束语

通过对以上实验的分析对比，得出以下结论：（1）通过改变发射线框的边长以及发射频率，可以改变探测深度，得到较好的勘探数据。（2）本次瞬变电磁法勘探的装置参数为600m的发射线框，6.25Hz的发射频率，不小于15秒的积分时间，不小于16A的发射电流。

参考文献

[1]张华，曹军.瞬变电磁法多匝重叠小回线装置实验研究[J].地震地质，2010，32（1）：90-97.

[2]薛国强.瞬变电磁法理论与应用研究进展[J].地球物理学进展，2007（4）：1195-1200.

[3]刘国兴.电法勘探原理与方法[M].北京：地质出版社，2011.

作者简介：张鲁珩（1990-），男，山东泰安人，山东科技大学硕士研究生，主要研究方向为地球物理勘探。