瞬变电磁仪在煤矿超前探水中的应用
Mine Engineering 矿山工程, 2020, 8(2), 135-143
Published Online April 2020 in Hans. https://www.360docs.net/doc/2913955881.html,/journal/me
https://https://www.360docs.net/doc/2913955881.html,/10.12677/me.2020.82018
Transient Electromagnetic Instrument Is
Widely Used for Detecting Water in Advance in a Coal Mine
Denglong Zhang
Weiye Mining Industry Limited Company, Kuche Xinjiang
Received: Mar. 11th, 2020; accepted: Apr. 7th, 2020; published: Apr. 14th, 2020
Abstract
Based on the fact that coal bed has a shallow buried depth in a Coal Mine, atmospheric precipita-tion, river supply aquifers by side direction, large goaf area and water accumulation are complex, especially during the rainy season. Firstly, geophysical prospecting is carried out in front of the construction roadway with the mine transient electromagnetic instrument. For the low resistivity anomalous areas detected, the comparative analysis is made on the basis of previous geological data and data collected from nearby excavation. Then drilling is used for verification, so as to find out location and scope of geological structure and water-rich near the roadway. The advanced de-tection results are scientifically interpreted for the geophysical exploration and drilling of road-ways to analyze the influence of meteoric precipitation and surface rivers on the water-bearing concealed water-bearing structure and water-rich property of the roof originating from atmos-pheric precipitation and the river. Practical application shows that the results of the geophysical exploration and drilling are in good agreement, the geological structure and water-rich area ob-tained by “two explorations” will provide more accurate and reliable scientific basis for working out safety technology measurement and prevention of water bursting risk in tunneling roadways.
At the same time, it can provide some reference for water prospecting under similar conditions.
Keywords
Transient Electromagnetic Instrument Geophysical Prospecting Treatment Measures Safe Excavation
瞬变电磁仪在煤矿超前探水中的应用
张登龙
伟晔矿业有限公司，新疆库车
收稿日期：2020年3月11日；录用日期：2020年4月7日；发布日期：2020年4月14日
张登龙
摘 要
基于新疆天山南麓某矿煤层埋藏浅，大气降水向井下入渗、地面河流对含水层侧向补给，尤其雨季井下水害严重威胁安全生产的水文地质特点，先采用矿用瞬变电磁仪对施工巷道前方进行物探；对探测出的低阻异常区，结合已有勘探地质资料及附近采掘收集的资料进行对比分析，然后设计钻孔、采用钻探进行验证，确定掘进巷道附近的富水异常区位置和范围；并对“两探”超前探测结果依据已有资料加以科学地解释，进而分析大气降水、地面河流对前方施工巷道顶底板含水隐伏含(导)水构造及富水性的影响。实践应用表明，“两探”方法得出的巷道掘进前方含水异常区段赋水性和突水构造，可为掘进巷道防治水措施编制及突水风险防范提供更准确可靠的科学依据；可为相似条件下的探放水提供一定的参考。
关键词
瞬变电磁仪，物理探测，处理措施，安全掘进
Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). https://www.360docs.net/doc/2913955881.html,/licenses/by/4.0/
1. 概述
煤矿生产过程中会受到多种因素的影响，其中矿井水害长期以来一直是制约煤炭安全高效开采的主要因素之一。新疆库车县伟晔煤矿既有大气降水通过地层露头、地表采动裂隙及火烧区向井下入渗，也有克孜库坦河流经第四系含水层对煤层顶底板含水层侧向补给，更有断层导水及往年小煤窑留下的采空区困扰采掘生产；尤其在雨季，井下涌水量大增，水害十分严重[1]。为了避免邻近榆树泉矿透水悲剧的重演，保证采掘安全，杜绝水害事故发生，依据《煤矿安全规程》及《煤矿防治水细则》“物探先行、钻探验证”的防治水要求，做到“两探”互相验证，将掘进巷道前方探测预报常态化，已成为矿井日常地质防治水管理工作中的一个重要环节[2] [3]。
瞬变电磁法是重要的物探手段之一，常用来查明含水地质体，如煤矿断层破碎带含水层、采空区、不规则水体、岩溶洞穴、陷落柱和导水通道等。巷道掘进时，用来探明巷道前方隐伏含水体，做好巷道掘进前预测预报工作，确保巷道快速掘进、安全掘进，有效遏制煤矿重特大水害事故的发生。
业内人士知道，就巷道掘进突水的超前预测来说，其常规的钻探方法探测准确，但只能探测钻孔及其周围的地质状况，增多钻孔又会增加劳动强度、延长钻探时间、施工成本高，不能完全预测工作面前方的含水情况，探水后还不是很清楚，并且钻探钻孔易成为导水通道，在施工中存在潜在的诱发突水危险[4]。瞬变电磁法作为近年来发展起来的超前探水技术，具有体积效应小、方向性强、施工便捷、探水距离远、对高阻围岩内的含水构造有较高的分辨能力[5] [6]，当煤岩层完整性受到较大破坏，或存在较多的裂隙空隙，煤岩层电阻率会显著升高，或者呈现出一定的波动性；若上述裂隙区被水充填，煤岩之间原来几乎绝缘的空隙再次被连接，煤岩的电阻率显著下降，这样就会使得富水区域表现出明显的低电阻特性，能够较准确地探查采掘工作面前方富水异常区域和含水地质异常体及其含导水性，为井下水害预报和防治提供有效的技术指导[7]。为此，日常防治水工作时先进行瞬变电磁法超前探测，然后对低阻异常区进行打钻探查验证。
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2. 测区位置及基本情况
1) 测区位置
新疆库车县伟晔煤矿地处库拜煤田阿艾矿区中部，克孜库坦河东侧；矿井生产规模0.6 Mt/a 。本次物探是在东翼皮带机道中布置测点，测定目标是下10煤层架子道；下10煤层架子道与东翼皮带机道平行、两巷平距40 m (如图1)。
2) 测区地质
测区下10煤层架子道东边为F4断层(H = 25 m)，西边为F1断层(H = 16.5 m)，根据附近巷道揭露资料，测区前方会相继遇到F3断层(H = 1.5 m)，F2断层(H = 3 m) (图1)。
测区煤层稳定、结构简单，厚度平均为2.76 m ，顶板岩性为厚层中砂岩；底板为灰白色中砂岩。
Figure 1. Diagram about arrangement of testing point and detection direction
图1. 测区位置及测点布置示意图
3) 测区水文地质
本矿区域属北温暖带大陆性干旱气候，雨季(七、八月)常降暴雨，地表基岩裸露区，风化裂隙发育，局部有采动裂隙；在西南露头，中部南北向及西南角均有大面积火烧区发育，有利于大气降水向井下入渗补给。第四系含水层富水性水随季节变化波动较大，径流方向为由北西向南东。
另外，克孜勒库坦河水经第四系含水层补给基岩含水层，为本测区主要地下水补给源之一。
总之，该掘进巷道前方表现为顶板砂岩裂隙淋涌水，直接水源是火烧区或基岩含水层受F1、F4断层切割破坏，其中的储水向煤层顶底板入渗补给，特别是在F3、F2小断层附近煤层顶板含水会沿断层面下渗。
3. 矿用瞬变电磁法勘探原理[8] [9] [10]
瞬变电磁法始于国外，上世纪50年代，美国、苏联、加拿大、澳大利亚等国开始研究和进行试验，特别是前苏联在70~80年代开展过大面积的瞬变电磁法探测工作。进入80年代后，瞬变电磁仪发展迅猛，在矿产勘探、油气勘探、工程勘查、考古探测和军事探测等诸多方面均已广泛应用。国内在90年代末开始应用于井下，主要来自大专院校、研究所和仪器生产厂家；近十几年，国内瞬变电磁仪发展迅速，共有5次更新升级，目前商品化仪器大约有十几种，已在井下探水中得到广泛的应用。从现场应用来看，瞬变电磁仪测试结果往往对巷道掘进前方低阻异常有不同程度的放大，这给钻孔的定位定向设计带来了困扰，不利于物探与钻探的紧密结合，影响了“两探”精度。
YCS-2000A 矿用瞬变电磁仪(以下简称瞬变电磁仪)是为煤矿井下含有瓦斯、煤尘爆炸性危险环境中探测含水和导水地质小构造而设计制造的勘探仪器。它是根据电磁感应原理，以地壳中岩(矿)石的导电性与导磁性差异为主要物质基础；它是由发射回线和接收回线两部分组成，工作过程分为发射、电磁感应和接收三部分。在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性地质体表面，敷设面积为S 的矩形发射回线，在发射回线中通以阶跃电流I ，电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场。当发射电流突然由I
下降到零，根据电磁感应理论，发射回线中电流突然变化必将在其周围产生磁场，该磁
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场称为一次磁场。一次磁场在周围传播过程中，如遇到地下良导电的地质体，将在其内部激发产生感应电流，又称涡流或二次电流。由于二次电流随时间变化，因而在其周围又产生新的磁场，称为二次磁场。由于良导电地质体内感应电流的热损耗，二次磁场大致按指数规律随时间衰减，形成瞬变磁场，二次磁场主要来源于良导电地质体的感应电流，如图2所示。因此它包含着与地质体有关的地质信息，二次磁场通过接收回线观测，并对观测的数据进行分析和处理，对地下地质体的相关物理参数进行解释。
Figure 2. Schematic diagram of working principle of The TEM instrument
图2. 瞬变电磁法工作原理示意图
4. 勘探工程布置
本次在与下10煤层架子道平行的东翼皮带机道中由东向西，每10 m布置一个测点，共完成52个物探测点(图1)，每个测点分别对架子道前掘方向煤层、下45?方向底板及上45?方向顶板进行探测[11][12]，各完成52个物理点勘测，形成3条测线、每条测线长520 m (图3)。经过数据处理，给出了每条测线探测的等视电阻率剖面图，最后结合地质资料，把物探异常转化为地质异常。
5. 数据解释
在视电阻率剖面图上，横坐标为测线坐标，零点为探测起始位置，即架子道开口位置，终点为本次探测终点位置，纵坐标为探测深度的视电阻率值；剖面图形象地表示不同巷道地段视电阻率的变化情况。
图中用蓝色表示相对低的电阻率值，砖红色表示相对高的电阻率值。一般泥岩、粉砂岩、中粗砂岩的电阻率值依次增高，灰岩电阻率更高；顺地层方向岩性变化一般较小，表现为电阻率较均匀[13]。
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Figure 3. Diagram about arrangement of testing line and detection direction
图3. 瞬变电磁法测线布置及探测方向示意图
如果探测空间不受富水区和导水构造影响，地质体电阻率有序变化，视电阻率等值线变化稳定，呈似层状分布；当探测范围有充水裂隙、受断层切割导致破碎带含水或有水患异常时，视电阻率降低，等值线分布表现为扭曲、变形或呈密集条带等形状。由此，根据不同测线的电阻率分布情况、测区地质资料及钻孔、断层、煤层等采掘时收集的资料，推断探测空间是否存在含水异常体。
下面对3条测线视电阻率剖面图成果资料作简要分析：
1) 架子道煤层顺层方向视电阻率剖面图资料解释[14]
从该图4中看出，在28#~46#测点处有一蓝色显示区域，为低阻异常区，井下位于F3与F2两小断层之间，判断有导水裂隙、含水构造或异常含水区域等水害隐患。
Figure 4. Apparent resistivity profile of coal seam bedding (Sampling frequency 12.5 Hz)
图4. 煤层顺层方向视电阻率剖面图(采样频率
12.5 Hz)
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2) 架子道下45?方向底板视电阻率剖面图资料解释
图5示为架子道下45?方向底板探测成果，获得低阻异常蓝色区2处，其中：
蓝色区域较大一处低阻异常区，位于架子道探测起始位置28#~39#测点处，异常区位于架子道底板深度最近距离约20 m 处；有可能是东翼皮带巷F3断层段局部积水下渗引起的低阻反应，大块蓝色区域可能是积水顺断层面下渗的结果。
蓝色区域较小一处低阻异常区，位于架子道探测起始位置43#~45#测点处，异常区位于架子道底板深度最近距离不足10 m 处；有可能是皮带机道F2断层段局部积水下渗引起的低阻反应，局部可能是积水顺断层面下渗的结果。
Figure 5. Apparent resistivity profile of lower 45 degree directional bottom plate (Sampling frequency 12.5 Hz)
图5. 架子道下45?方向底板视电阻率剖面图(采样频率12.5 Hz)
3) 架子道上45?方向顶板视电阻率剖面图资料解释
图6示为架子道上45?方向顶板探测成果，获得蓝色显示低阻异常区域3处，其中：
第一处蓝色区域低阻异常区，位于架子道探测起始位置28#~31#测点处，异常区位于架子道顶板深度最近距离约40 m 处；有可能是顶板砂岩含水层引起的低阻反应。
蓝色区域较大一处低阻异常区，位于架子道探测起始位置35#~39#测点处，异常区位于架子道顶板深度最近距离约45 m 处；有可能是顶板砂岩含水层水，也有可能是F3断层附近的导水裂隙、含水构造或异常含水区域引起的低阻异常区。
蓝色区域较小一处低阻异常区，位于架子道探测起始位置44#~49#测点处，异常区位于架子道顶板深度最近距离约40 m 处；有可能是顶板砂岩含水层水沿F2断层面下渗引起的低阻反应区，也有可能是F2断层附近的含水构造带引起的低阻异常区。
另外，两处蓝色低阻异常区，位于架子道探测起始位置8#和16#测点处，异常区位于架子道顶板深度最近距离约15 m 及45 m 处。
Figure 6. Apparent resistivity profile of upper 45 degree directional roof (Sampling frequency 12.5 Hz)
图6. 架子道上45?方向顶板视电阻率剖面图(采样频率12.5 Hz)
6. 钻探验证
综合以上巷道超前物探结果，在架子道29#～47#物探测点处上45?
方向顶板视电阻率剖面图有一蓝色
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显示区域(图6)，为低阻异常区；结合煤层顺层、下45?方向底板及实际地质情况分析，该区域位于F3与F2两小断层之间，推断为富水异常区及断层带含水区。为此，在东翼皮带机道29#、37#及47#等3个物探测点处，每处设计2个60 m深的钻孔对物探45?方向顶板及煤层顺层方向低阻异常区，打钻验证物探结果。
对8#、16#物探测点处，在东翼皮带机道每处设计1个60 m深的钻孔对物探45?方向顶板方向低阻异常区，打钻验证物探结果。钻孔布置如图7所示。
Figure 7. Layout chart about verify borehole
图7. 验证钻孔布置图
打钻验证结果，29#测点处1#孔出水1.5 m3/h，1周后变为0.1 m3/h；37#测点处1#孔出水1 m3/h，1个月后变为0.1 m3/h；47#测点处1#孔出水0.5 m3/h，1个月后变为滴水；其它孔无出水现象。分析水源为顶板砂岩裂隙水，且补给水源水量不大。
8#测点及16#测点处1#孔有滴水现象。如下表所示。
这些与物探视电阻率低阻异常区吻合，物探结果得到较好的验证。
打钻验证情况一览表
物探测点8# 16# 29# 37# 47# 孔号1# 2# 1# 2# 1# 2# 1# 2# 1# 2# 钻孔情况
孔深60 m 60 m 60 m 60 m 60 m 60 m 60 m 60 m
倾角45?45?45?顺煤层45?顺煤层45?顺煤层
出水情况滴水滴水1.5 m3，一周
后0.1 m3
未出水
1 m3，一个月
后0.1 m3
未出水
0.1 m3，一个月
后滴水
未出水
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7. 结论与建议
7.1. 勘探结论
根据以上“两探”结果，分析推断下10煤层架子道掘进至该段时，顶板可能会有裂隙渗水和淋涌水现象。
其直接水源为顶板砂岩裂隙水，进一步分析上部空间水源可能为地面河流及大气降水，通过基岩露头、火烧区及采动裂隙对第四系含水层、基岩含水层补给，火烧区和基岩含水层被位于架子道东西的F1、F4两断层截断，其中的储水向煤层顶板砂岩裂隙入渗补给，架子道F3与F2两小断层段，赋水较为丰富。
7.2. 存在的问题与处理建议[15]
1) 从YCS-2000A瞬变电磁仪探测结果、钻探验证结果及附近实际采掘收集的资料对比分析，对架
子道在F3、F2断层段时出现的低阻异常区，需要重点关注；在架子道掘进至该段时，利用瞬变电磁仪在巷道迎头，随掘进对巷道前方富水异常区进行跟踪探测，其控制距离为110 m左右，现场可掘进80 m保留30 m安全距离；对探测出的低阻异常区，结合地质资料分析，设计钻孔、打钻验证，必要时进行疏放水，确认安全后方可前掘。
2) 金属干扰问题不可避免，本次在东翼皮带机道中测试，既有皮带机影响又有锚杆锚索影响，干扰
复杂、严重，使探测结果存在一定的偏差。所以，我们需要深入学习，采取措施减少干扰，如机械设备处于断电停运状态，尽量减少人文电磁噪声，尽量专人专设备操作；并对实际探测数据进行校正。
3) 加强对架子道掘进工作面的水情观测及排水工作，安装足够排量的排水泵及排水管路，在掘进头
低凹处挖掘泵坑，及时排除巷道积水。掘进过程中若遇淋涌水，应进行截水，工人穿雨衣，并加强顶板观察。如遇断层、小构造或顶板发生异常变化，应及时敲帮问顶，短掘短支，加强支护。
4) 在雨季前，应加强地表巡查，发现采动裂缝及时用土回填碾压；对地面基岩露头及火烧区周围挖
筑拦洪水沟。同时加强对河水流量监测，发现问题及时汇报领导处理。遇强降雨天气执行《雨季三防应急预案》紧急撤人。
总之，本次矿用瞬变电磁法物探按照“物探先行、钻探验证”的“两探”程序开展工作，坚持“有疑必探，先探后掘”的探放水原则，提高了防治水安全保障水平。架子道施工实际表明，物探及钻探结果与井下实际情况吻合，“两探”都得到了验证，瞬变电磁法在矿井井下探水应用效果良好，可以作为大面积探水的首选方法，可为矿井井下水害预报和防治提供便捷经济有效的技术指导。
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瞬变电磁法报告模板
左线出口（1） ************隧道左线 出口ZK27+687～ZK27+587瞬变电磁法 超前地质预报报告 ***********有限公司 二〇一四年八月二十五日
项目名称：************************ 数据采集： 报告编写： 复核： 审核： ***************有限公司 二〇一四年八月二十五日
目录 一、工作概况 (1) 二、瞬变电磁法基本原理 (1) 三、测点布置及施工方法 (2) 四、现场工程地质分析 (3) 五、瞬变电磁法的资料解释 (5) 六、结论及建议 (8)
*****************隧道左线出口 ZK27+687～ZK27+587瞬变电磁法超前地质预报报告 一、工作概况 2014年8月18日下午，我单位对******************口掌子面ZK27+687处进行了瞬变电磁超前探测工作，其目的在于：查明前方赋存水情况。现场情况：掌子面、附近拱顶及边墙无渗水现象。 二、瞬变电磁法基本原理 瞬变电磁法的激励场源主要有两种，一种是回线形式（或载流线圈）的磁源，另一种是接地电极形式的电流源。下面以均匀大地的瞬变电磁响应为例，来讨论回线形式磁偶源激发的瞬变电磁场，从而阐述瞬变电磁法测深的基本理论。 在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性大地表面敷设面积为S 的矩形发射回线在回线中供以阶跃脉冲电流 ???≥<=0 00)(t t I t I （1） 在电流断开之前（0 山东盛泉矿业有限公司 科技进步成果奖励申报书 成果名称：瞬变电磁法在有掘必探工作中的应用 完成单位：沈家峁煤矿技术科（盖章）协作单位：（盖章）填报日期： 2016 年 9 月 10 日 成果名称瞬变电磁法在有掘必探工作中 的应用 成果起止日期 成果的主要内容： 一、项目简介 随着矿井开采深度的加大，矿井水文地质条件日趋复杂，为防止矿井水害事故发生必须加强探放水管理，严格执行有掘必探、先探后掘、有采必探、先治后采的探放水原则，坚持物探先行、钻探验证、化探跟进的综合探测程序科学有效的开展井下探放水工作，原有的物探设备直流电法仪由于施工难度大、条件要求高、探测结果可靠性差已不符合井下物探要求，矿井瞬变电磁法是当前应用范围广的一种电法勘探技术。此方法观测的是二次场，能够较为直观的进行近区观测(能够使用重叠回线装置)，对低阻含水体特灵敏、不易受体积效应的影响、纵横向分辨率高，而且施工作业方便、快捷、效率比较高。因此，在煤矿水文地质探测方面有很高的应用价值。瞬变电法探测优点：高定向性（方位性)、高分辨率、有效探测距离大、适应性强、易于施工、效率高。YCS150型瞬变电磁仪具备操作简单、小功率、小线圈、大测深、分辨能力及抗干扰能力强、物探结果精度高、成图简单等优点现已投入使用，为更好的服务于井下探放水作业还需对瞬变电磁法探测的应用进行探索研究。 二、YCS150瞬变电磁施工方法 1、掘进迎头探测施工方法： 迎头超前探测，采用偶极共轴法，即发射线圈距接收线圈3-5米；发射线圈2*2米双匝，接收线圈直径0.6米；发射电压7.2V，电流2A;对迎头顺层方向、斜向上、两个平面分别按7个角度进行探测，探测距离为距迎头150米范围的前方视电阻率扇形图。布置方案如图1-1和1-2。 图1-1 现场施工布置框图 CUGTEM-4 型瞬变电磁仪 1 前言 EMIT MAXWELL 瞬变电磁法勘探数据处理(1) 物探软件2010-04-25 11:58:11 阅读361 评论0 字号：大中小订阅 EMIT MAXWELL 瞬变电磁数据处理软件是由澳大利亚电磁成像技术公司的商业软件，运行于WINDOWS平台下，能对频率域；时间域及航空瞬变电磁勘测数据进行建模，正演，反演，及常规成图作业处理。另外还支持频率域与时间域的激发极化数据处理。很值得一提的是该系统包含两套扩展模块一个是EMAX组支持地面与航空瞬变电磁数据的CDI 深度计算。另一个就是CSIRO(澳大利亚国家工业研究院)组的正反演模块，是EMIT MAXWELL的核心模块，可惜网上下载的版本都不带！ 所需工具WINDOWS系统，EMIT MAXWELL ，UltraEdit Professional Text/Hex Editor ，Oasis montaj 简易处理流程数据导入→数据处理→测量和仪器→数据显示→数据正反演 一、数据导入 支持工业标准AMIRA格式；标准仪器文件CRONE,PROTEM,GEONICS,SIROTEM.其他软件格式GEOSOFT等详细看下图。国产的瞬变电磁数据可以参照 AMIRA标准格式用ULTRAEDIT制作。提示下PROTEM的GX7格式直接将扩展名改为RAW即可导入！ 软件界面 数据导入 以软件自带的DEMO数据为例，该数据为AMIRA标准格式。点击import→Tem File 选中DEMO.TEM 标准格式直接点击OK即可。数据导入就即刻生成了断面曲线与测网地图 EMIT MAXWELL 瞬变电磁法勘探数据处理(2) 物探软件2010-07-10 10:41:26 阅读136 评论0 字号：大中小订阅 数据导入成功后接下来就是对瞬变数据进行预处理。 如图所示点击DATA/PREFERENCES菜单选中edit and Process lines 利用瞬变电磁仪探测东 103 采空区积水的结果分析 100m。 通过对数据的处理，得到以下视电阻率成果图,从视电阻率图上可以看出， 图中视电阻率值主要集中在 25Ω ?m，根据瞬变电磁仪探测经验，判 断视电阻率值为 25Ω ?m 以下视电阻率等值线圈定的低阻异常区，如 图中红线圈出的蓝色区域（即长度 1310-380m,深度 0-100m） 。该低阻 异常区处于东 103 采空区内，异常区域面积较小，赋水性弱。因此推 测 低 阻 异 常 应 为 东 103 采 空 区 积 水 。 Monash GeoScope Terra TEM操作手册 修订版3.0 2006.8 目录 1.1 控制机...................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 电池组...................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 充电器...................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.4 连接线...................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.5 USB数据快速转存器............................................................................ 错误!未定义书签。 1.6 搬运箱...................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.7 手册.......................................................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 图形用户界面环境................................................................................. 错误!未定义书签。 2.2 菜单/导航................................................................................................ 错误!未定义书签。 瞬变电磁原理、仪器及应用 第1章绪论 (1) 1.1 瞬变电磁法发展概况 (1) 1.2 瞬变电磁探测方法的特点及应用领域 (2) 第2章瞬变电磁法探测原理 (4) 第3章ATEM-II瞬变电磁探测系统 (7) 3.1 ATEM-II瞬变电磁发射机 (7) 3.2ATEM-II瞬变电磁接收机 (10) 第4章瞬变电磁响应分析 (17) 4.1各向同性水平层状大地上回线源的瞬变电磁响应 (17) 4.2均匀大地表面上大回线源在地表形成的瞬变电磁场 (17) 4.3中心回线下的隐伏球体的响应特征 (18) 4.4中心回线下的隐伏无限延伸的水平圆柱体的响应特征 (20) 4.5导电围岩中的局部导体瞬变电磁响应 (20) 第5章瞬变电磁野外工作方法 (22) 5.1 回线组合选择 (22) 5.2 发射电流的选择 (24) 5.3 发射脉冲宽度的选择 (25) 5.4 关断时间的影响 (26) 5.5 发射边长的选择 (27) 5.5 接收最早取样时间的选择 (29) 5.7 接收线圈的频率选择 (30) 第6章瞬变电磁探测的数据处理与成图 (31) 6.1数据质量判别 (31) 6.2 数据处理 (33) 6.2.1 平滑滤波 (33) 6.2.2 近似对数等间隔取样 (34) 6.3 基于“烟圈”理论的一维快速反演 (37) 6.4 数据成图 (40) 第7章 ATEM系统野外应用 (42) 7.1 长春秦家屯模型验证研究 (42) 7.2 长春伊通河活断层勘察研究 (44) 7.3 内蒙正镶白旗水源勘察 (45) 7.4 安徽铜陵矿山接替资源勘探 (49) 7.5 浙江舟山连岛工程探测 (52) 瞬变电磁法数据处理流程研究 利用瞬变电磁法对目标体进行探测，采集数据后，需将采集的数理进行一系列的处理之后才能进行相关的分析与应用，因此研究数据处理的流程是十分有必要的。 标签：瞬变电磁法；数据处理；流程 引言 利用瞬变电磁装置对目标进行勘探采集数据后，便要进行数据处理的工作了。在现阶段，由于处理解释的理论不成熟，仅仅停留在半定量半定性阶段，尽管现在有很多专家学者将地震的处理解释理论引进了瞬变电磁之中，但是总的来说还是有局限性的。（张国峰等，2008）因此对瞬变电磁数据处理的研究是很有必要的。 此次采用的瞬变电磁装置为大定源回线装置，发射回线：600m×600m，工作频率：6.25Hz，发射电流：16A。在此，以工程中取得数据为基础就处理的方法进行讨论。 1 数据处理流程 2 干扰校正处理 测区靠近高压线的数据受到电磁干扰影响，出现突变的极大或极小值，甚至会使局部数据整体变形、抬升或降低。在数据采集的时候采取多种措施减小干扰，如在接收线圈正上方2m处安放铁丝网防护，多次数据采集优选数据质量相对较好的数据，但少数测点仍然受到影响。 对于受到干扰的数据要进行校正，使其回归应有的变化规律。根据已知地质条件，采用多点圆滑及距离加权滤波的方法对受干扰数据进行处理，处理前后的效果对比如图2所示。其中图a）为受干扰原始数据断面图，从图中可以看出，数据发生了严重跳变，蓝色虚线为采集数据位于高压线边缘，其发射线框位于高压线底下，采集数据由于受到高压线电磁干扰，导致富水层位深度出现异常，即富水层位向上提升，红色虚线框内数据采集位于高压线底下，由于受到电磁干扰比较严重，引起数据突变，导致下部视电阻率比正常情况下要低。但是，总体来看，其电性在纵向上的变化趋势还是遵循“高——低——高”的变化趋势。 对于以上特征的数据，首先进行了预处理，其目的是将干扰排除，避免存在因为干扰造成的假异常。处理方法为：剔除极大、极小值，进行多点圆滑——滤波。对处理后的数据成图，如图b）所示，图中没有了突变点，数据变化较为均匀，为后期的资料分析解释提供了可信依据。 瞬变电磁法在地质勘探中的应用 姓名：杨帅班级：资工803 学号：20081338 摘要:在地下水勘查工作中,用常规物探方法难以划分地层的结构、确定断裂构造的位置、查明基岩面的起伏形 态及判断地下水的赋存状况。通过瞬变电磁法(TEM)勘测并结合钻孔资料分析,对上述地质问题有了一些突破性 的认识,证明了瞬变电磁法在勘查工作中的有效性。当地下存在电性不均匀体时,通过瞬变电磁法会观测到电性 不均匀体的涡流异常场,进而推断矿体、地下水、地质构造等地下盲体的存在和部位。依据此特征成功地将瞬变电 法在探测中进行了应用。 关键词:瞬变电磁法;视电阻率;等值线;地下水勘查 0前言 随着我国国民经济快速发展,对能源的需求日益增大。 煤炭是我国目前主要能源之一,在煤矿生产和建设中,地质 构造直接影响煤矿生产安全生产和建设的重大灾害之一。 由于瞬变电磁法易于加大勘探深度,具有分辨能力强、工作效率高、受地形影响小等特点,近几年越来越受到人们的重视,被广泛用于油气田、地热、煤炭以及地下水勘查等领域。可以借助被探测地质体所产生的瞬变效应来划分地层结构、确定地质构造的位置、查明基岩面的起伏形态及判断地下水的赋存状况。 1勘探区概况 勘探区位于太行山西麓,沁水煤田东北部边缘中段, 地表部分面积被黄土覆盖,仅在工区内有部分基岩出露, 其它部分地段基岩出露。根据周边出露及揭露地层由老到 新有奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、第四系。 该区的电性特征:第四系多由黄色、红棕色、褐色亚 粘土及砂土组成,不整合于各时代地层之上。厚度不大, 导电性能强,整个新生界松散层及地表强风化岩层从全区 资料对比来看均呈相对中低阻反映。 二1煤层顶板大占砂岩裂隙较发育,含有裂隙水,是煤层顶板直接含水层。采掘使煤层顶板岩层变形、破坏,形成冒落带、裂隙带和弯曲变形带。区内顶板砂岩虽厚度大、且较稳定,裂隙亦较发育,但由于其上被多层砂质泥岩、泥岩隔水层所分割,补给和储存条件均较差,富水性弱。因此煤层顶 板砂岩孔隙裂隙水常以滴水、淋水的形式进入矿井,很少形成突水。由于砂岩赋水的不均一性,在其富水区及导水裂隙密集带,顶板砂岩会形成突水,但突水量一般不会太大。3·2导水通道 充水通道主要有断裂导水通道、煤层顶板采动裂隙通 道、煤层底板采动裂隙通道、废弃井筒、巷道等。矿区覆盖层 沉积厚度不大,前部裂隙和开采后的塌陷为上部煤层开采充足水通道;局部断层2侧岩层裂隙发育带,为矿井的主要充 水通道;煤层开采后,地质条件发生变化,断层带的稳定性遭 受破坏,可成为矿井的充水通道;区内勘探阶段封闭不良的 钻孔和废弃井筒也可成为矿井的充水通道。 4结论 (1)主要含水层为碳酸盐类岩溶裂隙含水层、碎屑岩类 孔隙裂隙含水层和松散岩类孔隙含水层。 (2)韩庄矿的充水水源主要为煤层顶底板砂岩裂隙水、 沿裂隙通道入渗的第四系松散孔隙水、太原组岩溶裂隙水和寒武系岩溶裂隙水,老窑水为主要威胁水源。 (3)充水通道为断层带裂隙发育及采空塌陷带。 参考文献: [1]房佩贤,等.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,1996. [2]杨孟达,等.煤矿地质学[M].北京:煤炭工业出版社,2000. XX集团XX煤业有限公司物探报告XXX超前探瞬变电磁法物探实验报告 [请输入公司名称] [请输入公司地址] 2013年8月9日 编制人员编制： 技术审核： 参加人员： 资料处理： 施工单位： 地址： 电话： 传真： 前言 在巷道适当位置采用矿井瞬变电磁探测技术进行探测，依据矿井水文地质地质资料，探测XX顺槽迎头超前探瞬变电磁法探测150m范围内含水情况，为布置探防水钻孔设计提供依据。 一、物探勘探任务及目的： 1）基本测线3条，每条测线11个物理点，总计33个物理点。图示箭头的位置为探测区域。（米。） 2）探测为XX轨道顺槽迎头低阻体异常及分布范围。 3）分析测区内含水构造形态、水力联系。 4）对测区内煤层开采或水害治理提供物理探测技术依据。 5）为布置探防水钻孔设计提供依据。 二、工作布置与工作量、技术措施及质量评述 1．本次矿井瞬变电磁法勘探试验施工布置与工作量，沿迎头，布置测线3条（斜向上45°、顺层方向、斜向下45°方向），通过移动发射接收线圈，形成3条测的实测剖面。 2．施工技术措施，矿井瞬变电磁法勘探装置类型采用重叠回线组合装置，边长1.5m 的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数4匝，接收线圈匝数40匝。供电电流档为50A，供电脉宽10ms，采样率16μS。每个测点至少采用30次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。 3．质量评述本次矿井瞬变电磁法勘探试验数据采集，严格按《瞬变电磁法技术规程》《电阻率测深法技术规程》执行，并通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比等方法，保证了本次试验的数据采集，从而保证了施工质量。 三﹑矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释 1．矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释基础 本次物探资料的解释工作是在条件试验基础上，采取由已知到未知，由点到线，由 2012年第4期 doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2012.04.007 能源技术与管理矿井瞬变电磁超前探测盲区的研究和应用 贾树林 （三元集团王庄煤业，山西长治047100） ［摘要］矿井瞬变电磁探测在煤矿超前探测中广泛应用，一般现采用的边长为2m 的小线 框，其探测盲区为25m 左右，瞬变电磁超前探测方便、快速，一般井下施工时间约为15min ，不耽误煤矿掘进速度。若采用1m 多匝小线框，其探测盲区会大大缩小，其最大探测深度也会变小，但是若两种装置重复探测，就可以使盲区变小，最大探测深度不变，而且施工时间增加10min 左右。这样将更准确提供较全面的迎头地质情 况。通过某矿一个超前探测， 做了进一步验证，说明两种线框重复探测具有实用价值。［关键词］矿井瞬变电磁；探测深度；盲区；超前探测；煤矿 ［中图分类号］P631.3［文献标识码］B ［文章编号］1672-9943(2012)04-0015-02 1瞬变电磁最小最大探测距离分析 1.1最小探测深度分析与计算 不同的煤层电阻率值和不同线圈大小自感信号的穿透距离不同，最小探测距离为最早可识别有用信号的穿透距离。线框边长越大，煤层电阻率越高，瞬变电磁可探测的最小距离大，即瞬变电磁法的“盲深度”大；线框边长越小，煤层电阻率越小，瞬变电磁可探测的最小距离大［1］。 计算最小探测深度h min 计算公式：h min =t min ·ρ 姨式中，t min 为最小可分辨时间，s ；ρ为表层视电阻率，Ω·m 。最小可分辨时间一般可以从采集的电动势单支曲线判断出来，如图1、2所示。不同线框(不同磁矩)，其最小可分辨时间不同，即最小探测深度不同。一般煤层的电阻率为410Ω·m 。由此计算的边长1m 、发射10砸、接收10砸的线框最小探测深度为12.4m ；边长2m 、发射40砸、接收60砸的线框最小探测深度为28.8m 。 图1边长1m 、发射10砸、接收10砸线框电动势单支 曲线 图2边长2m 、 发射40砸、接收60砸线框电动势单支曲线 1.2最大探测深度分析与计算 增加发射电流或增加发送线框边长,即增加发射磁矩,就可增大探测距离。同样,煤层的电阻率大探测距离也大,这是因为电磁场在高阻介质 中传播时,介质的吸收小,因此传播的距离较远。 计算最大探测深度h 计算公式：h =0.55 M ρ1 η 姨姨 1/5 式中，M 为发送磁矩，A ·m 2；ρ1为表层电阻率，Ω·m ；η为最小可分辨电压，一般为0.2~0.5nV/m 2。它的大小与目标层几何参数、物理参数和观测时间有关。瞬变电磁的探测深度与发送磁矩、覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。 两种不同边长，不同砸数的线框最大探测深度理论计算不太准确，需要在工程应用中总结。 2矿井瞬变电磁探查技术 2.1测量装置 基于煤矿巷道空间限制，不能采用地面常用 15 第三节瞬变电磁法（TEM） 一、方法原理 瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源通以脉冲电流为场源，以激励探测目的物感应二次电流，在脉冲间歇测量二次场随时间变化的响应。当发射回线中的电流突然断开时，在介质中激励出二次涡流场（激发极化场），二次场从产生到结束的时间是短暂的，这就是“瞬变”名词的由来。在二次涡流场的衰减过程中，早期以高频为主，反映的是浅层信息，晚期以低频为主，反映的是深层地下信息。研究瞬变电磁场随时间变化规律，即可探测不同导电性介质的垂向分布。 瞬变电磁法的探测深度与回线线圈的大小、匝数有关，线圈越大、匝数越多，探测的深度就越深。 瞬变电磁法的观测是在脉冲间隙中进行，不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性，脉冲是多频率的合成，不同的延时观测的主频率不同，相应的时间场在地层中的传播速度不同，调查的深度也就不同，这称之为空间的可分性。由这两种可分性导致瞬变电磁法有以下特点：把频率域法的精确度问题转化成灵敏度问题，加大功率，灵敏度可以增大信噪比，加大勘探深度；在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常；在低阻围岩地区由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨；可以采用同点组合（同一回线、重叠回线等）进行观测，使与探测目标的耦合最好，取得的异常强，形态简单，分层能力强；线圈点位、方位或接收距要求相对不严格，测地工作简单，功效高；有穿透低阻覆盖层的能力，探测深度大；剖面测量与测深工 作同时完成，提供了更多有用信息，减少了多解性。 二、地球物理前提 由于瞬变电磁法是观测断电后由一次脉冲激励出的二次涡流场随时间的变化规律，二次涡流场随时间的衰减快慢和强弱与被探测介质（道碴、混凝土、岩石等）及介质状态（含水与干燥、完整与破裂）有关，TEM法衰减曲线的变化过程反映了检测点由高频到低频、由浅层到深层的地质信息变化过程。检测的参数是各层规一化的电阻率，对实测的衰减曲线进行反演拟合，绘制地下电性分层及分层的电阻率柱状图，进而以反演拟合曲线为基础，绘制成曲线簇断面图、等值线断面图及电性分级断面图。 TEM法主要用于隧底检测。隧底结构的正常场，一般情况下，干燥的道碴与铺底砼、基岩相比，相对电阻率高、电导率低，铺底砼的电阻率次高、电导率次低，基岩的电阻率相对较低、电导率相对较高，略高于铺底砼。当隧底结构出现异常，有裂损的铺底砼与完好的铺底砼相比，电导率升高、电阻率降低。如果在铺底层与基岩顶面之间有干虚碴层或存在吊空、松散层时，则将出现低电导率、高电阻率层；相反，虚碴层、松散层含水时，则出现高电导率、低电阻率。因此，用TEM法对隧底进行检测后，将实测的衰减曲线进行反演拟合，并以反演拟合为基础，绘制成电性分级断面图等图件，最后结合收集的既有资料（隧底结构图、竣工图、施工开挖地质情况等），对这些图件进行分析解释，提供隧底结构分层（道碴层、铺底层、基岩面、道碴充水充泥段和陷槽段）、有无底板层（含仰拱）、底板层破损段、 第35卷第3期物 探 与 化 探Vol.35,No.3 2011年6月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL EXPLORATION Jun.,2011 矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术 廖俊杰1,于景邨1,2,胡兵1,刘振庆1 (1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116;2.深部岩土力学与地下工程国家重 点实验室,江苏徐州 221116) 摘要:矿井瞬变电磁法是有效探查巷道迎头赋水性情况的矿井物探方法之一。快速处理数据和显示成图可以促进矿井瞬变电磁法在井下探查工作中发挥更大的优势。根据井下巷道迎头超前探测的工作装置和探查技术,介绍了超前探测数据处理与显示成图的操作步骤,实现了成果数据的坐标转换,生成了更加直观的与实际探测区域吻合的扇形图。 关键词:矿井瞬变电磁法;井下超前探测;显示成图技术 中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2011)03-0423-04 矿井瞬变电磁法是在煤矿井下巷道内探查周围空间不同位置、不同形态含水构造的矿井物探方法之一。它是一种时间域的电磁勘探方法,利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场,在一次脉冲电磁场间歇期间,利用线圈或接地电极观测二次涡流场[1]。如何快速处理数据和显示成图成为矿井瞬变电磁法发展中的重要环节。传统的矩形成图方法[2]使探测区域深部压缩、浅部拉伸,导致异常区域产生变形,并且矩形成图采用相对距离,给异常区域位置的确定带来较大的误差,这些都给资料解释带来了一定的难度。而扇形成图方法中,其横坐标为以巷道中点为中心点向两侧伸展到巷道的实际宽度,纵坐标为相对于巷道迎头的实际探测距离,各测点测量的不同深度的视电阻率值分布在实际平面位置,将视电阻率等值线图绘制成扇形,与实际探测区域基本吻合,能够更加直观地反映异常区域的位置,从而提高矿井瞬变电磁法超前探测资料的解释精度[3],为矿方工作人员提供更加清楚易懂的资料。 1 超前探测数据处理 超前探测主要是在巷道迎头利用直接或间接的方法向巷道掘进方向进行探测,探测前方是否存在地质构造或富水体及导水通道,为巷道的安全掘进提供详细的地质资料[4]。应用矿井瞬变电磁法超前探测技术在井下通过仪器采集到的数据需要进行相应的处理。矿井瞬变电磁法数据处理与解释系统是一款针对矿井特殊的强干扰环境,集处理、解释功能为一体的瞬变电磁软件。该软件能够针对井下瞬变电磁测量的超前探测数据进行简便快捷的处理,生成成果图。 用矿井瞬变电磁法数据处理与解释系统进行超前探测数据处理的过程,主要包括数据预处理、生成断面文件、时深转换、深度校正以及超前探测坐标转换等步骤,完成这一系列步骤后,即可在Surfer中进行断面图绘制。 1.1 数据预处理 矿井瞬变电磁法超前探测井下采集的数据必须经过相应的预处理方可正常进入处理流程。数据预处理子模块能够读取井下采集的原始数据文件 (SIR格式、TXT格式和GX7格式),计算各回线装置的视电阻率,以DAT格式把各单点电位、视电阻率数据保存在当前目录中;显示电流、窗口、时间序列、Tx面积、Rx面积等基本参数,为进一步处理作准备(图1)。 操作步骤如下:①根据所用瞬变电磁仪,选择仪器类型(TerraTEM、SIROTEM?3、PROTEM47HP);②从SIR格式、TXT格式和GH7格式中选择相应的文件类型;③打开原始文件,保存文件中电位文件前缀为“U”,电阻率文件前缀为“R”;④点击“执行”,待数据预处理完毕后,点击“返回”。其中日期、平均电流等基本参数自动从原始文件中获取。 收稿日期:2010-04-10 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)项目资助(2007CB209400) 瞬变电磁仪安全操作规范 一、入井前的准备工作 1、入井前要对仪器进行检查，检查仪器是否完好，是否能正常开机，及的电量是否充足，检查线圈是否完好，检查接头是否完好. 2、对仪器的程序进行检查，进行开机检测，可以连接线圈发射3组数据，看仪器是否能正常工作（（检测完成后要及时删除）。 3、仪器要装入特定的书包内，要保证仪器的安全。 4、线圈要用绑带绑好，由专人负责看管。要注意项圈上边的接头，要保证接头的盖帽完好，不允许接头进灰进水。 5、仪器要由专人保管，在上下车过程中，要保证仪器的完全。 二、对于工作面的要求 1、到达工作面后，要观察工作面的是否安全，有无冒落隐患后，方可进行下一步工作。 2、掘进头处浮矸石要清除干净，为2m 线框探测提供有效空间。要清除工作面一切可移动的金属物体，对于无法移除的物体，探测时线圈要尽量避开金属物体。 3、在探测时，工作面的采掘机退后10m，实在来不及退后，至少6m。 4、保持2m 线框基本形状，与掌子面壁“零距离”有效耦合。侧帮探测时，有金属网存在时，线圈则离金属网20公分。 5、测过程中尽量避开金属异物，对有金属物影响的测点要做好 记录。 6、在探测过程中尽量与顶板岩层紧密耦合，减少空间介质作用。 7、现场探测时最好断电。 三、开始探测 开始探测是由专人负责物探主机，其余两人负责线圈的操作。 1、打开主机箱，开机前要先连接线圈。同时其余人员负责架好线圈。 2、开机后要先置参，然后设置选项 3、设置完成后开始探测；探测要按顺时针的方向逐点进行探测，每一测点可以测取七个方向，即顶板45 度方向、顶板30度方向、顶板15度方向、顺层0度方向、底板45 度方向、底板30度方向、底板15度方向。测取一点换至下一点，依次测量，保证记录的连续性。中间不要任意调换探测方向或次序，即不要1 号测点是顶板、顺层和底板测量，到2 号测点时变为底板、顺层和顶板测量，不利于室内数据处理； 操作流程：发射→保存→新建文件夹→选择新建文件夹→确定。 4、如果进行打范围的探测时，测点之间的距离即线框在横向上的移动步距应在5-10m 之间，测点点间距可选15m，一般来说测点点间距要小于15m。 5、异常体的探测与地震反射波法类似，通常从正常区——异常区——正常区，这样便于对目标异常体的有效对比。 《地球探测与信息技术基础》 课程作业 题目：瞬变电磁法在地球勘探上的应用 姓名：周桥立 班级：064101 学号：20101003648 授课教师：胡祥云 2013 年 04 月 20日 摘要 瞬变电磁法是近年来电法勘探领域一种重要方法，是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，研究电磁场的空间或时间分布规律，从而解决各种地质问题。目前已经发展为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法，并且在深部地质构造研究、工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到广泛应用。 目录 1．概述 (4) 2. 瞬变电磁法 (5) 3．正演问题的研究 (8) 4．瞬变电磁勘探的应用 (12) 5．总结 (14) 参考文献 (15) 一、概述 电磁场理论的应用已经遍及地学、生命科学、医学、空间科学、信息科学等几乎所有的技术科学领域,同时这些工程技术领域对电磁理论研究也不断地提出各种新的要求. 电磁法勘探是基于研究电磁波在导电介质中传播特性,从而达到研究地下地质体赋存特性的目的. 通过天然或人工场源在大地中激励的交变电磁场,研究电磁场的空间和时间分布,分析观测到的磁场信号,得到地下目标体的电性分布特征的一种地球物理方法。 瞬变电磁测深法( Transient elect romagneticmet hod ,简称TEM) 是电磁法勘探中应用较广的一种,是近年来在工程地质勘察中普遍应用的时间域电磁探测方法. 它是利用阶跃波或其它脉冲电流场源激励,在大地产生过渡过程场,断电瞬间在大地中形成涡旋交变电磁场,测量这种由地下介质产生的二次感应电磁场随时间变化的衰减特性,从测量得到的异常信号中分析出地下不均匀体的导电性能和位置,从而推断矿体、工程基础、地下水、地质灾害、工程病态等地下目标体的分布性态. 该技术具有灵敏度高、分辨率强、探测深度大、灵活多变适应性强以及轻便、快速、廉价诸多优点,近年来发展十分迅猛,应用前景十分广阔. 目前,瞬变电磁法已经成为地球物理探测领域内的重要方法之一. 已广泛应用于水利、交通、城建、环保、考古等部门. 成功地解决了大量实际问题。 近年来，计算机技术的进步使瞬变电磁法的二维与三维正演模拟计算方法得到了迅速的发展，目前常用的有有限元法、有限差分法和积分方程法等。瞬变电磁法的三维正演模拟受到科学工作者的重视，深入研究三维瞬变电磁法以提高其应用水平和解释精度，具有重要的理论和现实意义。 一、项目名称 复杂条件下瞬变电磁法数据处理技术 二、项目简介 本项目属于煤矿安全领域，针对勘探区不同程度存有的地形和电磁噪声对瞬变电磁法勘探效果的影响展开研究。随着煤炭开采技术的进步，对危险源勘探精度等安全指标的要求随之提高。因此，消除地形及电磁噪声因素影响，进一步提高瞬变电磁法精细化探测技术显得极为迫切。中煤科工集团西安研究院有限公司以2015年度技术创新项目“地面TEM数据地形校正及电磁干扰压制技术研究（2015XAYZD14）”为依托，旨在开发解决复杂条件下瞬变电磁法数据处理技术。 项目研究突破常规复杂条件的认识，从理论基础出发深入研究地形和电磁干扰影响机理，通过对不同地电模型和干扰特征的模拟与噪声提取，针对性开发地形影响与电磁干扰校正技术。主要取得以下创新成果： 1）纯地形自适应的校正技术 采用三维正演数值模拟方法，研究带地形地电模型和激发场源畸变特征，进而分析各典型地形条件下二次场响应特征，总结纯地形影响机理。基于上述研究，根据地表起伏形态，引入各测点实际高程进行计算校正，形成自适应的地形较正技术。 2）基于缓变地层条件的电磁干扰校正技术 基于含煤地层横向上电性变化相对均一、纵向亦有统一规律的认识，参考相邻测点未受干扰数据，通过线性采样密集数据在限差、拟合的技术下对夹杂的电磁干扰进行噪声去除，使数据回归应有的地电特征。 项目取得已授权发明专利1项，软件著作权6项，发表论文15篇。提高了复杂条件下瞬变电磁法数据处理能力和适用性，为保障煤矿安全高效生产起到了积极作用。项目研究的数据处理技术在陕北、黄陵、临汾、新疆、宁夏等矿区大量应用，经超过70次钻探和井下揭露证明，探测结果准确率超过80%。项目研究成果应用效果好，提高勘探解释可靠性，促进处理技术发展，取得了明显的经济和社会效益。 第22卷 第4期 地 球 物 理 学 进 展V ol .22 N o .42007年8月(页码:1195～1200) P ROG RESS IN G EOP H YSICS A ug . 2007 瞬变电磁法理论与应用研究进展 薛国强1, 李 貅2, 底青云1 (1.中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029;2.长安大学地质工程与测绘工程学院,西安710054) 摘 要 对国内外瞬变电磁法的方法研究概况、理论研究、仪器状况以及在应用领域的研究进展情况做出了综述性评价.瞬变电磁法的理论研究主要涉及正演方法、反演方法、资料处理方法.瞬变电磁法的应用领域包括地面、海洋、航空以及地下等不同工作场地.同时指出瞬变电磁法的发展趋势为研究三维正反演、多分量观测、成像技术、微信号分析等,以及注重发展海洋、井下、航空瞬变电磁法等.关键词 瞬变电磁法,理论与应用,研究进展 中图分类号 P631 文献标识码 A 文章编号 1004-2903(2007)04-1195-06 The progress of TEM in theory and application XUE Guo -Qiang 1 , LI Xiu 2 , DI Qing -Yun 1 (1.I nstitute o f Geo log y and Geoph ysics ,Chinese A cademy o f Sciences ,Beijing 100029,Ch ina ;2.S chool o f Geo log y and S ur vey En gineer ing ,Chang ,an Un iver sity ,X i ,an 710054,China ) A bstract We give the to tal condition of T EM study include techno lo gy ,theo ry ,instrument and application ,the the -o ry study mainly include fo rw ard calculation metho d ,inver se problem and da ta pro ce ssing scheme .T he applicatio n o f it include ea rth sur face ,sea and aerial survey ,subsurface explora tion .We also give advance prog ress the o f T EM ,include study ing 3D fo rwa rd and inv erse calcula tion ,multi -co mpo nent survey techno lo gy ,imaging study ,and w eak signal a nalyses ,as well as ,sea ,tunnel ,aerial T EM develo ping . Keywords tr ansient elect romag netic me tho d ,theo ry and applicatio n ,study pro g ress 收稿日期 2007-04-10; 修回日期 2007-06-20. 基金项目 中国博士后基金(2005038388),中国科学院王宽诚博士后奖励基金,中国科学院知识创新项目((KZCZ -yw -113).)国家自然科 学基金重点项目(50539080)联合资助. 作者简介 薛国强,男,1966年生,1989年于西安地质学院获学士学位,2002年于长安大学获硕士学位,于2005年于西安交通大学获博士 学位.研究方向为电磁探测理论与应用.(E -mail :ppxueguoqiang @https://www.360docs.net/doc/2913955881.html, ) 0 引 言 瞬变电磁法(TEM )是一种时间域的电磁探测方法.介质在一次电流脉冲场激励下会产生涡流,在脉冲间断期间涡流不会立即消失,在其周围空间形成随时间衰减的二次磁场.二次磁场随时间衰减的规律主要取决于异常体的导电性、体积规模和埋深,以及发射电流的形态和频率[1～6].因此,我们可以通过接收线圈测量的二次场空间分布形态,了解异常体的空间分布[1～6]. 瞬变电磁法在上世纪30年代最早由前苏联科学家提出,当时采用的是远区工作模式.但是,利用电流脉冲激发供电偶极形成时域电磁场的是1933年由美国科学家L .W .Blau 最先提出,当时利用不 同电导率地层界面电磁波的反射与地震反射波信号的相似性,进行了大量的实验和比较.到了上世纪 50～60年代,前苏联科学家成功地完成了瞬变电磁法的一维正、反演,建立了瞬变电磁法的解释理论和野外工作方法之后,瞬变电磁法才开始进入实用阶段.上世纪60年代以后,当意识到时间域电磁测深法可以利用远远小于期望探测深度的收发距时,该方法有了一个快速发展.随之,“短偏移”、“晚期”、“近区”、等技术研究迅速发展起来.美国等西方国家在上世纪70～80年代之间,短偏移法一直处于研究和试验阶段,未被广泛运用,而长偏移法已得到了应用,特别是在地热调查和地壳结构的调查中.随后一些专家对瞬变电磁法的一维正反演及方法技术进行了大量研究[7].我国于70年代初开始研究TEM ,长瞬变电磁法的应用
CUGTEM-4型瞬变电磁仪使用说明书
使用说明书
二○○七年六月二十五日
经过不断的努力，新一代瞬变电磁仪（CUGTEM-4 型）终于与大家见面了。它采用安全可靠的 工控机作为主控机，且有专门的软件系统与之配套，具有操作简单、重量轻、体积小的特点。
2 开工前的准备
1.1 安装数据采集及资料处理软件 在安装盘中有以下文件 3 个可执行文件，分别是 dotnetfxx86_PConline.exe，MCRInstaller.exe， temapinst.exe 程序， 按照安装说明先运行 dotnetfxx86_PConline.exe 再运行 MCRInstaller.exe 然后运行 temapinst.exe。安装完后，可在“程序”中见到“CUGTEM”的菜单项，该菜单项下有“瞬变处理” 和“瞬变采集”两项。 1.2 仪器的准备。 检查电源是否充足，发射机，接收机，探头放大器是否工作正常。
3 野外操作
1.3 按瞬变电磁野外工作方法和要求解决的实际问题，布置野外工作装置和布置测区，测网，测线。
图 1 瞬变电磁系统组成示意图
野外数据采集与数据处理
按如图１所示的连线方法布线（中心 回线） 连接好仪器。 ， 然后启动桌面上的 “瞬 变采集”野外数据采集处理程序或单击“开 始” “程序” “CUGTEM” “瞬
变采集”菜单项启动。 1.3.1 采集程序的使用 a. 工作信息设置。 启动野外数据采集 处理程序则可见图２所示的对话框。请认真 设置好其中的内容特别是“工作目录” ，它 是用来存贮野外采集数据的场所，为了便于 图２
1
“工区信息设置”对话框EMIT MAXWELL 瞬变电磁法勘探数据处理
瞬变电磁仪分析
2016 年 1 月探测结果 2016 年 1 月利用瞬变电磁仪在东 107 运输顺槽右帮 1000-1380m 布置测点，探测起点由里向外施工，采用顺层方法，探测有效深度 120m。经原始观测数据处理，校正、各测线测点的视电阻率对比， 最终绘制出视电阻率图。从视电阻率图上可以看出，图中视电阻率值 主要集中在 3~20Ω ?m 以上，根据瞬变电磁仪探测经验，判断视电阻 率值为 6Ω ?m 视电阻率等值线圈定的低阻异常区，如图中红线圈出 的蓝色区域（即长度 1200-1380m，深度 40-120m） 。该低阻异常区处 于东 103 采空区内，异常区域面积基本完整连续，表明该处赋水性较 丰富，因此推测低阻异常应为东 103 采空区积水。
2016 年 10 月探测结果 2016 年 10 月利用瞬变电磁仪在东 107 运输顺槽右帮 1000-1380m 布置测点，测点起点由里向外施工，采用顺层方法，探测有效深度
h23 1105.742 h27 1095.633 h31 1099.699
K1 9 1098.24
K
1094.694
h25 1100.782
y23 1113.216 y27 1101.287 y32 1091.620 y31 1088.413 y29 1090.974 y25 1097.599
K4 1096.540
y20 1093 .626
y19 1097 .492 y17 1112 .203
分析结论： 1、对低阻异常区进行了钻孔验证，水量开始为 100-80h/m3，水 压为 0.8pa 。截止 2016 年 10 月水量由 100-80h/m 3逐渐减少至 20-30h/m3，水压由原 0.8pa 下降至 0.25pa，已累计放水量 50 万/m3。 2、通过放水前与放水后探测结果对比分析，放水前比放水后的 异常区域明显减少。结合放水量分析，预计通过钻孔放水采空积水面 积减少。 3、从第二次探测视电阻率图分析，推断采空区垮落后局部形成 盆地状或丘陵状，积水面积不连续，蓝色低阻异常区面积相对小。TerraTEM瞬变电磁仪操作说明书
瞬变电磁原理、仪器及应用讲述
瞬变电磁法数据处理流程研究
瞬变电磁法在地质勘探中的应用
瞬变电磁超前物探标准格式
矿井瞬变电磁超前探测盲区的研究和应用
瞬变电磁法简介
矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术
瞬变电磁仪操作规程
瞬变电磁_
复杂条件下瞬变电磁法数据处理技术
瞬变电磁法理论与应用研究进展_薛国强