復(fù)雜情況下采空區(qū)瞬變電磁場探測技術(shù)課件

1、復(fù)雜情況下采空區(qū)瞬變電磁探測技術(shù)江蘇大學(xué) 山西省煤炭地質(zhì)115勘查院 “采空區(qū)對煤礦安全生產(chǎn)造成危害，頻繁引發(fā)災(zāi)害事故。采空區(qū)與地面坍塌對地質(zhì)環(huán)境、居住安全以及鐵路、公路、水利電力等工程建設(shè)造成嚴(yán)重破壞。為了有效提高我國的采空區(qū)探測與預(yù)測技術(shù)，更好地服務(wù)于煤礦安全生產(chǎn)是你與環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理，避免和減輕工程災(zāi)害”，作為地球物理勘探工作者對采空區(qū)探測技術(shù)的研究，提高探測的準(zhǔn)確度和精確度，不僅是出于興趣更重要的是應(yīng)盡的責(zé)任。復(fù)雜情況下采空區(qū)瞬變電磁探測技術(shù) UJS 2004 眾所周知，提高采空區(qū)探測的準(zhǔn)確度和精確度是一個艱難的任務(wù)。除了采空區(qū)相對較小的規(guī)模、賦存形式多樣以外，探測裝置、地形、地層等因

2、素都對探測產(chǎn)生影響。因此這些復(fù)雜情況也就成為了采空區(qū)電磁法探測中需要研究的內(nèi)容。 這里，以中心回線裝置的瞬變電磁法為例，討論復(fù)雜情況下的采空區(qū)探測問題。復(fù)雜情況下采空區(qū)瞬變電磁探測技術(shù) UJS 20041、瞬變電磁法的中心回線裝置2、中心回線裝置的邊緣效應(yīng)3、地形影響和校正4、上覆低阻屏蔽層5、縱向分辨率、時間道、采樣率6、大功率小發(fā)射回線TEM裝置主要內(nèi)容 UJS 2004 中心回線TEM裝置對低阻敏感、體積小，不存在記錄點問題，對施工場地有高度的適應(yīng)性，是1000m內(nèi)煤田水文地質(zhì)勘探的首選方法。 為了提高工作效率，保證探測的時效性，實際勘探中的中心回線裝置，是在中心1/3區(qū)域內(nèi)探測。依據(jù)的

3、原理是認(rèn)為該區(qū)域內(nèi)的場近似均勻。1瞬變電磁法的中心回線裝置2/2 UJS 2004 實際上，回線中心區(qū)域的場并不是均勻的。 過發(fā)射回線（600m600m）中點測線上t = 0.318 ms的感應(yīng)電動勢 2中心回線裝置的邊緣效應(yīng)1/6 UJS 2004邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的原因是 用中心回線裝置理論公式計算1/3區(qū)域范圍內(nèi)的視電阻率，但實際測點并不在中心點，由此引入的誤差。邊緣效應(yīng)的校正方法 用大定源回線理論公式計算1/3區(qū)域范圍內(nèi)的視電阻率。2中心回線裝置的邊緣效應(yīng)3/6 UJS 2004 用大定源回線公式統(tǒng)一中心回線裝置的視電阻率后，消除了邊緣效應(yīng)，也可以擴大觀測范圍，進(jìn)一步提高施工效率。但是在回線

4、附近場的變化距離，測點點位的微小測量誤差，會引起視電阻率的較大誤差，影響解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，仍然建議在1/3區(qū)域內(nèi)觀測，以時間換取精度。2中心回線裝置的邊緣效應(yīng)4/6 UJS 2004用大定源回線公式統(tǒng)一視電阻率的定義 中心回線公式計算的視電阻率 統(tǒng)一后的大定源視電阻率 2中心回線裝置的邊緣效應(yīng)5/6 UJS 2004存在的問題 實際勘探工程中邊緣效應(yīng)的校正并不是總?cè)缜懊娴膱D示那么理想。正如匯報的題目“復(fù)雜條件下”,邊緣效應(yīng)、地形影響、地層結(jié)構(gòu)等的影響（或者說響應(yīng)）是線性疊加的關(guān)系還是非線性、還是相乘的關(guān)系？現(xiàn)在，這個問題接近解決，在這里和各位同行請教。進(jìn)一步的工作 現(xiàn)有大定源理論公式的以

5、電偶極子或磁偶極子作為基本微元。當(dāng)場點距離回線較近時，不符合偶極子條件。要取得更精確的解析表達(dá)式，還應(yīng)從點電荷微元出發(fā)，給出理論公式。2中心回線裝置的邊緣效應(yīng)6/6 UJS 20043地形影響和校正1/6中心回線裝置存在地形影響 地形剖面 感生電動勢曲線 視電阻率曲線 UJS 20043地形影響和校正2/6地形影響的校正 有漢明窗空間濾波，小波變換等方法。人為因素較小的校正方法是比值法：1、用數(shù)值算法（邊界元、有限元、有限差分、時域有限差分等）模擬純地形影響，2、和觀測數(shù)據(jù)相除，得到校正后的曲線；3、進(jìn)入定性定量解釋。 野外大規(guī)模的勘探工程要求有較為簡便、快速、實用的校正方法。 UJS 200

6、43地形影響和校正4/6山西黃陵典型影響校正 校正前 校正后 UJS 20043地形影響和校正5/6山西王家?guī)X不典型的地形影響 地形剖面 感生電動勢 高程校正 UJS 20044上覆低阻屏蔽層1/6 上覆低阻屏蔽層降低了場的擴散速度，探測同樣的深度需要更長的觀測時間 無上覆低阻層（300ohm） 有上覆低阻層（40m，10ohm） UJS 20044上覆低阻屏蔽層2/6上覆低阻屏蔽層減弱了異常響應(yīng) 無低阻覆蓋層 有低阻覆蓋層 UJS 20044上覆低阻屏蔽層3/6低阻層對電磁能量的聚集和消耗時頻分析 D型 G型地電類型第一層電阻率/ohm第二層電阻率/ohm第一層厚度/mD型5005100G型

7、5500100 UJS 20044上覆低阻屏蔽層4/6低阻層對電磁能量的聚集和消耗時頻分析地電類型第一層電阻率/ohm第二層電阻率/ohm第三層電阻率/ohm第一層厚度/m第二層厚度/mH型10010100100100A型101001000100100K型1010010100100Q型100101100100 UJS 20044上覆低阻屏蔽層5/6低阻層對電磁能量的聚集和消耗時頻分析 H型 A型 K型 Q型 UJS 20044上覆低阻屏蔽層6/6多層積水采空區(qū)探測 山西同忻礦 UJS 20044上覆低阻屏蔽層8/6 在測區(qū)的大部分區(qū)域，TEM曲線尾部平緩，表明激發(fā)的電磁能量集中在積水的2煤低阻

8、屏蔽層中，視電阻率剖面上部有大片低阻異常帶，與已知的2煤積水采空區(qū)分布范圍一致，證明TEM的低阻探測能力；但下部地層電性反映模糊，這與上覆低阻層的屏蔽作用是一致的。區(qū)內(nèi)還有部分區(qū)域，2煤下的7煤積水有反映。實際的地質(zhì)資料表明，該區(qū)域2煤積水區(qū)破碎，積水量較小，屏蔽層出現(xiàn)空洞或較薄，屏蔽作用減弱，故有較多的電磁波能量穿透屏蔽到達(dá)目的層。 多層積水采空區(qū)探測 山西達(dá)子溝礦 UJS 20045縱向分辨率、時間道、采樣率1/5 瞬變信號在各時間段的衰減速度差別很大，為了在很寬的時間范圍內(nèi)不失真地表現(xiàn)衰減特性，除了在足夠的時間內(nèi)有足夠的測道外，各測道之間的間隔和采樣門寬應(yīng)隨得到不同有寬窄的變化。 在早期

9、：信號幅值高、衰減速度快，采樣時間間隔和門寬都應(yīng)該窄才能保證精確地分辨信號的衰減特性。 在晚期：信號幅值低、衰減速度慢，采樣時間間隔和門寬可以增大，以適應(yīng)較慢的信號衰減特性。 UJS 20045縱向分辨率、時間道、采樣率3/5 眾所周知，勘查工程中，為了提高橫向分辨率，需要加密測點；為了提高縱向分辨率產(chǎn)生了加密時間道的需求： 國內(nèi)外中心回線TEM儀器的時間道 1620道對于600m1000m的探測深度過于稀疏。 UJS 20045縱向分辨率、時間道、采樣率4/5 但是，目前大多數(shù)TEM儀器的時間道是在不增加采樣率的條件下增加的時間道，在一定程度上缺乏橫向平滑的統(tǒng)計意義。 UJS 20045縱向分辨率、時間道、采樣率5/5 中煤科工集團(tuán)重慶研究院和江蘇大學(xué)研制儀器，在各觀測時長段保持不變。 適度性原則：觀測時間/ms采樣率/kHz采樣間隔/ms采樣數(shù)45121.952048105121.955120205