副井 物探試驗報告第2次

1、副井（出水點）瞬變電磁法試驗報告試驗單位：馬蹄煤礦技術(shù)科 時間： 2014 年 7 月 26 日一、前言在副井距落平點以上約 60 米（涌水點）兩側(cè)（左右兩幫），每 5 米布置一個點，兩側(cè)分別布 置 6 個點，測試 3 條線，1 線斜向上 30 ，2 線順層 0，3 線斜向下 30 。物探勘探任務(wù)及目的：1）探測此范圍內(nèi)涌水點低阻體異常及分布范圍及。2）分析測區(qū)內(nèi)含水構(gòu)造形態(tài)、水力聯(lián)系。3）對測區(qū)內(nèi)煤層開采或水害治理提供物理探測技術(shù)依據(jù)。4）為布置探防水鉆孔設(shè)計提供依據(jù)。二、地址地球物理特征從電性上分析不同地層的電性分布規(guī)律：煤層電阻率值相對較高，砂巖次之，粘土巖類最低。 由于煤系地層的沉積序

2、列比較清晰，在原生地層狀態(tài)下，其導(dǎo)電性特征在縱向上固定的變化規(guī)律， 而在橫向上相對比較均一。當(dāng)存在構(gòu)造破碎帶時，如果構(gòu)造不含水，則其導(dǎo)電性較差，局部電阻率 值增高；如果構(gòu)造含水，由于其導(dǎo)電性好，相當(dāng)于存在局部低電阻率值地質(zhì)體。綜上所述，當(dāng)斷層、裂隙和陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育時，無論其含水與否，都將打破地層電性在 縱向和橫向的變化規(guī)律。這種變化規(guī)律的存在，為以巖石導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)的礦井瞬變電磁法 探測提供了良好的地質(zhì)條件。三、礦井瞬變電磁法基本理論礦井瞬變電磁和地面瞬變電磁法的基本原理的一樣的，理論上也完全可以使用地面電磁法的一 切裝置及采集參數(shù)，但受井下環(huán)境的影響，礦井瞬變電磁法與地面的TEM

3、的數(shù)據(jù)采集與處理相比又 有很大的區(qū)別。由于礦井軌道、高壓環(huán)境及小規(guī)模線框裝置的影響，在井下的探測深度很受限制， 一般小功率發(fā)射只能有效解釋 100m 左右。另外地面瞬變法為半空間瞬變響應(yīng)，這種瞬變響應(yīng)來自 與地表以下半空間層，而礦井瞬變電磁法為全空間瞬變響應(yīng)，這種響應(yīng)來自回線平面上下（或兩側(cè)） 地層，這對確定異常體的位置帶來很大的困難。實際資料解釋中，必須結(jié)合具體地質(zhì)和水文地質(zhì)情 況綜合分析。瞬變電磁法或稱時間域電磁法（Time domain electromagnetic methods）,簡稱TEM，它是利 用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接

4、地線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。其基本工作方法是：于地面或井下設(shè)置通以一定波形電流的 發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次磁場，并在地下導(dǎo)電巖礦體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。斷電后，感應(yīng) 電流由于熱損耗而隨時間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當(dāng)于頻率域中的 高頻成分，衰減快，趨膚深度小; 而晚期成分則相當(dāng)于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。 通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。在導(dǎo)電率為、導(dǎo)磁率為匚的均勻各向同性大地表面鋪設(shè)面積為S的矩形發(fā)射回線，在回線中供以階躍脈沖電流1 （t）,1）八I t 0圖 1 瞬變電磁法工作原理示意圖 在電流斷

5、開之前，發(fā)射電流在回線周圍的大地和空間中建立起一個穩(wěn)定的磁場（如圖1所示）。在 t=0 時刻，將電流突然斷開，由該電流產(chǎn)生的磁場也立即消失。一次磁場的這一劇烈變化通過空 氣和地下導(dǎo)電介質(zhì)傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發(fā)出感應(yīng)電流以維持發(fā)射電流斷開之前存 在的磁場，使空間的磁場不會即刻消失。由于介質(zhì)的熱損耗，直到將磁場能量消耗完畢為止（見圖2）。低阻體pA二次磁場發(fā)射線框/接收線圈感應(yīng)電流低阻體pA二次磁場發(fā)射線框/接收線圈感應(yīng)電流圖 2 瞬變電磁法感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換原理示意圖由于電磁場在空氣中傳播的速度比在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播的速度大得多，當(dāng)一次電流斷開時，一次 磁場的劇烈變化首先傳播到發(fā)射回線周圍

6、地表各點，因此，最初激發(fā)的感應(yīng)電流局限于地表。地表 各處感應(yīng)電流的分布也是不均勻的，在緊靠發(fā)射回線一次磁場最強的地表處感應(yīng)電流最強。隨著時 間的推移，地下的感應(yīng)電流便逐漸向下、向外擴散，其強度逐漸減弱，分布趨于均勻。研究結(jié)果表 明，任一時刻地下渦旋電流在地表產(chǎn)生的磁場可以等效為一個水平環(huán)狀線電流的磁場。在發(fā)射電流 剛關(guān)斷時，該環(huán)狀線電流緊挨發(fā)射回線，與發(fā)射回線具有相同的形狀。隨著時間推移，該電流環(huán)向 下、向外擴散，并逐漸變形為圓電流環(huán)。等效電流環(huán)象從發(fā)射回線中“吹”出來的一系列“煙圈”， 因此，人們將地下渦旋電流向下、向外擴散的過程形象地稱為“煙圈效應(yīng)”（如圖 3 所示）?！盁熑Α钡陌霃絩、深

7、度d的表達式分別為：2）3）r = 8c t / （卩+ a 2）3）N 2 0!d = 4 -1 /兀屮0-Zt0t=t-Zt0t=t圖 3 瞬變電磁場的煙圈效應(yīng)式中 a 為發(fā)射線圈半徑。發(fā)射線圈半徑相對于“煙圈”半徑很小時， “煙圈”將沿傾斜錐面擴散其向下傳播的速度為： TOC o 1-5 h z dd2v =氏.嚴(yán)屮0（4）從“煙圈效應(yīng)”的觀點看，早期瞬變電磁場是由近地表的感應(yīng)電流產(chǎn)生的，反映淺部電性分布 晚期瞬變電磁場隨時間的變化規(guī)律，可以探測大地電性的垂向變化。四、礦井瞬變電磁法礦井瞬變電磁法與地面瞬變電磁法一樣，采用儀器和測量數(shù)據(jù)的各種裝置形式和時間窗口也相 同。由于礦井瞬變電磁法

8、勘探環(huán)境的限制，測量線圈大小有限，其勘探深度不如地面深，如果加大 功率發(fā)射，一般深度在 100m 左右。地面瞬變電磁法為半空間瞬變響應(yīng)，這種瞬變響應(yīng)來自于地表 以下半空間地層；而礦井瞬變電磁法為全空間瞬變響應(yīng)，這種瞬變響應(yīng)來自于回線平面上下（或兩 側(cè)）地層，對確定異常體的位置帶來困難。實際資料解釋中，必須結(jié)合具體地質(zhì)和水文地質(zhì)綜合分 析。總結(jié)起來，礦井瞬變電磁法與地面瞬變電磁法相比具有以下幾個方面的特點：1）由于井下測量環(huán)境不同與地表，不可能采用地表測量時的大線圈（邊長大于50m）裝置， 只能采用邊長小于3m的多匝小線框， 因此與地面瞬變電磁法相比具有數(shù)據(jù)采集工作量小，測量設(shè)備輕便，工作效率高

9、，成本低等優(yōu)點；2）由于采用小線圈測量，點距更密（一般為210m），降低體積效應(yīng)的影響，提高勘探分辨率， 特別是橫向分辨率；3）地面瞬變電磁法勘探一般只能將線圈平置于地面測量，而井下瞬變電磁法可以將線圈置于 巷道底板測量，探測巷道底板下一定深度內(nèi)含水異常體垂向和橫向發(fā)育規(guī)律，也可以將線圈直立于 巷道內(nèi)，當(dāng)線圈面平行巷道掘金前方，可進行超前探測；當(dāng)線圈面平行于巷道側(cè)面煤層，可探測工 作面內(nèi)和頂、底板一定范圍內(nèi)含水低阻異常體的發(fā)育規(guī)律；4）由于瞬變電磁法關(guān)斷時間的影響，與其它物探方法相比，無法探測到更淺部的異常體（淺 部20m左右）。同時對于其他礦井物探方法無法施工的巷道（巷道長度有限或巷道掘進迎

10、頭超前探 測等），可采用測量裝置小、輕便的礦井瞬變電磁法探測；五、工作布置與工作量、技術(shù)措施及質(zhì)量評述1礦井瞬變電磁法勘探試驗施工布置與工作量，沿迎頭，布置測線多條（斜向上 30、順層方向、斜向下 30方向）等任意方向，通過移動發(fā)射接收線圈，形成多條測的實測剖面。3質(zhì)量評述本次礦井瞬變電磁法勘探試驗數(shù)據(jù)采集，嚴(yán)格按瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程電阻率測深法技術(shù)規(guī)程執(zhí)行。礦井瞬變電磁法數(shù)據(jù)處理與解釋系統(tǒng)是不同系統(tǒng)，是瞬變電磁法處理井下瞬變電磁法勘探測量 數(shù)據(jù)的操作平臺，集文件管理、數(shù)據(jù)處理、資料解釋、圖形繪制功能于一體，具有簡單、直觀的特 點，為用戶提供了方便、快捷的礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)處理解釋工具。文件管理

11、讀取YCS600-I礦用本安型瞬變電磁儀格式數(shù)據(jù)，并進行視電阻率計算；對測線文件 進行合并，形成三維觀測數(shù)據(jù)體。數(shù)字濾波根據(jù)井下噪聲環(huán)境復(fù)雜的特點，對數(shù)據(jù)中強干擾點進行剔除、圓滑等處理；提供常 用的數(shù)字濾波技術(shù)，消除瞬變電磁數(shù)據(jù)中常見噪聲，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。后沿改正 井下采集的瞬變電磁數(shù)據(jù)，由于關(guān)斷時間較大，造成了很大的探測盲區(qū)，該模塊通過多種方法的相互配合，縮短了關(guān)斷時間，縮小探測盲區(qū)。 處理該軟件的核心模塊，能形成斷面數(shù)據(jù)文件和深度反演，并根據(jù)礦井瞬變電磁法的原理，對反演的深度進行校正；為方便對井下瞬變電磁超前探測數(shù)據(jù)進行處理，本模塊特增加了超前 探測坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能；同窗口數(shù)據(jù)提取功能則可任意提

12、取數(shù)據(jù)點進行分析。人文噪聲校正結(jié)合全空間模擬實驗和井下試驗的結(jié)論，對井下常見的金屬人文設(shè)施產(chǎn)生的干擾進行校正，提高數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量。圖件繪制 該模塊的功能主要是直觀的顯示各處理階段的成果和最終成果圖件。七、成果分析在成果圖內(nèi)，等值線數(shù)值為瞬變電磁勘探所測的巖層的視電阻率值，顏色由紅藍(lán)表示視電阻 率值由高低的相對變化，此值越?。▽?yīng)顏色越藍(lán)）表明巖層視電阻率值越低，富水性越強。依 據(jù)視電阻率值的大小、分布規(guī)律、變化率等電性特征，劃分為三個等級：強異常區(qū)，弱異常區(qū)和高阻區(qū)域。強異常區(qū)：為圖中藍(lán)色區(qū)域（紅粗虛線所圈范圍），視電阻率值非常低，一般是由于煤、巖層 較為破碎、裂隙發(fā)育或采空區(qū)充水，相對富水性

13、強引起，應(yīng)引起高度重視。弱異常區(qū)：為圖中綠色區(qū)域，視電阻率值相對偏低，一般是煤、巖層具有一定的賦水性，但富 水性相對較弱，生產(chǎn)中可能會出現(xiàn)偏潮、小淋水等現(xiàn)象。高阻區(qū)域：為圖中黃色紅色區(qū)域，視電阻率值較高，反映煤、巖層阻值較高，賦水性輕微。（異常強弱的劃分是依據(jù)電性特征進行區(qū)分，和對應(yīng)區(qū)域的水量有一定的差異。例如：在遠(yuǎn)距 離上，采空巷道充水，但異常特征可能僅顯示為弱異常區(qū)。在生產(chǎn)中，還需結(jié)合地質(zhì)資料及鉆探工 作進一步判斷）圖中出現(xiàn)的區(qū)域等級劃分可參考以上概念理解。八、（1）副井右側(cè)幫資料解釋：11號-100縱軸85-100M , 2#異常橫軸15-18米，縱軸85-95M有弱異?，F(xiàn)象。號線 +0 度 :巷道順層探測方向，1#異常區(qū)橫軸58M,縱軸85-95M , 2#異常橫軸85-90米, 有弱異?，F(xiàn)象，號線 +0 度 :巷道順層探測方向，1#異常區(qū)橫軸58M，縱軸75-95M，2#異常橫軸75-90米, 有弱異?，F(xiàn)象，以上情況，可結(jié)合鉆探對地質(zhì)情況進一步探驗。2）副井左側(cè)幫資料解釋1 號線 +30 度（頂板） : 在頂板+30探測方向上，近距離范圍呈現(xiàn)富水弱的特征；1#異常區(qū)橫軸 56M縱軸 85-95M ，2#異常橫軸 15-18 米，縱軸 85-95M 有弱異?，F(xiàn)象；2 號線 +0 度 :巷道順層探測