矿井瞬变电磁法低阻层屏蔽问题解释
浅谈瞬变电磁法技术在矿井探放水中的应用
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２ 矿 井水文 地质， 地 伏不大， 虽地面蓄水不多， 但小煤窑 乱采 乱挖 ， 有 的越界开采破坏严重。 矿 区含 水地 层 有 三 层 ， 第 一 层 为 下 三 叠 系 大 冶 灰 岩 为 裂 隙 间 水 ， 含 水 性甚小 ， 第二层 为上二叠耒 耙 口矿 质页岩 ， 为风化 裂隙水 ， 含水 性微 弱， 第三层为下 叠系 ， 栖霞灰岩 ， 卡斯特现象发育溶洞 多， 但上距 可采煤 层 垂距大 ， 对 开采无影 响。 矿井水主要是老窿水、 老采空区积水 、 大气降水及地面渗透水 。 矿井 周边 老隆多， 采 空区面积大 ， 大气降水沿老隆从老采区裂隙渗透到井下 ， 所以矿井水 量逐年增大 ， 涌水量与降雨量密切相关 。２ ０ １ ０年正常涌水量 为５ ９ ０ ｍ３ ／ ｈ ， 最小涌水量为 ３ ５ ０ ｍ３ ／ ｈ ， 最大涌水量为 ３ ３ ０ ０ ｍ３ ／ ｈ 。近 年 来 由于 小煤窑的开采影 响矿井涌水量逐年递 增。
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３ 瞬 变 电磁 法基 本原 理
我们使用 的是 Ｔ Ｅ ＭＨＺ ７ ５矿用本安型瞬变 电磁仪 ，其勘探原理是利 用人工操作在 发射线圈加 以脉冲电流， 产生一个瞬 变的电磁场 ， 该磁场 垂直发射线 圈向两个方 向传 播， 通常是在地面布 设发射线 圈， 依据半空 间的传播原理， 把地面 以上 的忽略 。当磁场沿地表 向深部传播， 当遇到不 同介质时， 产生涡流场或遵照量子力学原理使活泼的碱金属产生能级跃 迁或使含有大量氢 原子 的液体 的氢原子核沿磁场方 向产生定 向排列 。当 外加的瞬变磁场撤销后 ， 这些涡流场的释放或者活泼 的碱金属要恢复原 有的能级 ， 释放跃迁产生能量 。以及含有大量氢原子的液体的氢原子核 恢复原有的排列时， 均 以磁场的形式释放所获 的能量 。利用接 收线 圈测 量接收到的感应 电动势 。该 电动势包含 了地下介质 电性特征 ， 通过种种 解释手段 （ 一维反演 ， 视 电阻率等） 得 出地下岩层的结构 。 瞬变 电磁法对在高阻区域 中寻找低阻异常体十分有效 ， 结合 当地 的 地质条件 分析测区 内煤层顶 板上方含水体 的性 质、 富水性 的大小、 空 间 形态以及分布范围， 为防治水 工作提供准确可靠的依据 。
瞬变电磁法勘探中的低阻层屏蔽问题研究
瞬变电磁法勘探中的低阻层屏蔽问题研究[摘要]在存在低阻覆盖层的地区施工时会使瞬时电磁法的测量效果受到低层屏蔽效应的影响，从而影响到深层低阻体的瞬变电磁响应结果，最后导致浅部低阻干扰体后面的目标不能准确的识别和分辨出来。
所以应当选择没有低阻体或低阻岩层的位置进行测量，避来无法识别和分辨深层的目标体。
在矿井的TEM 测量中，如果存在低阻层岩体，可以通过加大发射磁矩测量磁场来获得低阻层下面的目标体的有效信息，也可以多选几处进行测量，来获取更加准确的目标体信息。
[关键词]瞬变电磁法低阻层屏蔽作为地球物理探测里的一个不可缺少的领域，瞬变电磁法具有以下几个有点：体积效应小、低阻响应强、探测方向性强、横向分辨率高等。
其显著优点就是能够穿透高阻屏蔽层，对于在其下面的底层构造有很好的分辨能力。
但如果是低阻层，尤其是表层被低阻层覆盖的地区，测量时地面上会的到较强的信号，这样往往就会忽视低阻层对瞬变电磁勘探的作用。
有研究表明，如果再探测方向上浅层存在低阻层，会造成由低阻层屏蔽效应导致的部分数据缺损，增加对结果分析的困难，因此对瞬变电磁法低阻层屏蔽效应的问题研究又着非常现实的重要意义。
1 TEM基本工作原理瞬变电磁测深法（Transient electromagneticmethod，简称TEM）是电磁法勘探中广泛应用的一种，尤其是在工程地质勘探过程中更是普遍应用的一种时间域电磁探测方法。
其原理就是通过阶跃波或者其他脉冲电流场激励大地产生过渡过程场，然后短期电源，在断电的瞬间会在大地中形成涡旋交变电磁场，再测量这种二次感应电磁场随时间变化的衰减特性，分析测量得到的异常信号，进而推断矿体、地下水、工程病态、工程基础和地质灾害等地下目标的相应性质。
正是由于这种技术灵敏度高、探测深度大、灵活多变适应性强以及廉价快速等特点，才使得它在近年来飞速发展，成为应用前景十分广阔的一种地质勘探技术。
尽管TEM有多种变试方法，但其数学物理基础都是基于导电介质在激励磁场阶跃变化的激发下产生涡流电场的问题。
瞬变电磁在资料解释中如何消除低阻屏蔽
电位 的减小 数 值 也应 相 同 （ 入 该层 与 穿 过 该层 二 进
然 后 针 对 各 目的层 绘 制 等 视 电 阻 率平 面 图 ， 通 过 对 平 面 图 的解 释 圈定 出异 常 区 域 。 由 于 受 浅 层低 阻 屏 蔽 影 响 ， 并 使 得 绘 制 出 的平 面 图从 浅 层 到 深 层 的 视 电 阻 率 等值 线 形 态 非 常 相 似 ， 浅 部 存 在低 阻层 。 对 深 部 的异 常 进 行 解 释难 若 则 度 较 大 。 用 原 始 的 归 一化 二次 电位 差 值 方 法 可 消 除低 阻屏 蔽 的影 响 ， 方 法 在 山西 潞 安 集 团 司马 煤 业 有 限 公 司 的 利 该 应 用 。 证 了其 勘 探 效 果 。 验
测 中． 要求 对 煤 系地 层 各 主要 含 水 岩层 的富水 性 进
行 划分 ， 由于 低 阻 屏 蔽 的 影 响 ， 所解 释 的成 果 资料
不符 合地质 规 律 。
消 除瞬 变 电磁 资料 的低 阻 屏蔽 ， 广 大瞬 变 电 是 磁 工 作者所 希 望 的。本文 通过 多年 摸索 总结 出一 套
图 １ 衰 减 衄线 对 比图
Ｆｉ ｕｒ ｎ ｒ ｓ ｆ ａ ｔ ｎｕ ｔａ ｎ ｃ ｒ ｅ ｉ
图 ｌ 衰 减 曲线 对 比图 ， 图是 没 有 穿过 低 阻 是 左 层段 的衰减 曲线 ． 图是 穿 过 一个 低 阻 层 的 衰减 曲 右 线 ， 二 条衰 减 曲线 看 ， 过 低阻 层 时 ， 从 穿 曲线 出现 一
瞬变电磁法及其在矿井中的应用
毕业设计（论文）题目瞬变电磁法及其在矿井中的应用院（系部）地勘系专业名称地球物理勘查技术年级班级学生姓名指导教师2 0 1 2 年月日摘要本文描述了瞬变电磁法在矿井中的应用，瞬变电磁勘探对地下良导电介质具有较强的响应能力，适用于断层及裂隙带富水性评价，陷落柱探测，煤层顶底板含（隔）水层划分等，具有突出地电异常响应、无电极接触制约、穿透高阻覆盖能力强、体积效应小低阻反映灵敏、施工速度快、效率高等特点。
电场和磁场交替产生，由近及远，扩散的速度与地下岩层的电阻率有关，不同时间扩散到不同深度。
低电阻率地质体如导水断层、富水区、金属矿体等能引起较强且衰减慢的二次涡流场，而贫水区等高阻体引起较弱且衰减快的二次场。
由于早期信号反映浅部地电特征，晚期信号反映较深部地电特征，这就可以达到测深的目的关键词：瞬变电磁法、矿井瞬变电磁、探明地下水目录第一章引言 (1)第二章瞬变电磁法的理论研究 (2)2.1瞬变电磁发展概况 (2)2.2瞬变电磁基本原理 (3)2.3瞬变电磁法的野外工作方法 (7)第三章瞬变电磁法在矿井中的应用 (8)3.1矿井瞬变电磁法特点 (8)3.2矿井瞬变电磁法地球物理特征 (10)3.3矿井瞬变电磁工作仪器 (10)第四章瞬变电磁法在探明井下赋水实际应用 (12)4.1工作布置与工作量、技术措施及质量评述 (13)4.2矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释 (13)4.3存在问题和建议 (20)5 结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)第一章引言在地质工作中，物探占有重要的地位，它是通过观察和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘查方法。
电法勘探是一个重要分支，它是以岩，矿石之间电学性质的差异为基础，通过观察和研究与这些差异有关的电场和电磁场在空间或时间上的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造和寻找地下电性不均匀体的一类物探方法。
随着我国经济建设的发展，对工程与环境的要求越来越高，而隐患勘探与监测工作显得尤为重要。
高密度电法及瞬变电磁法在矿山开采区域中的应用
随着矿产资源的大规模开采和利用，采空区地面塌陷和 地表水沉降等一些地质问题也随之出现 ；加上矿山工程的 大规模施工发展，矿产采空区的存在，严重影响人们安全和 造成国家和个人的财产损失，我国是基建大国采空区的排查 和治理更是迫在眉睫。
目前，对采空区的探测主要以物探方法为主，再结合地 质、钻探的方法验证。物探方法常用的有 ：高密度电阻率法、 瞬变电磁、地质雷达、地震、微动等方法，由于勘探深度、地 形地质条件及周围环境的影响，每一种方法都有它的优点与 缺点。其中，高密度电阻率法在采空区、地面塌陷区、岩体 结构探测等方面应用最广泛，其显著特点是施工快捷、数据 量大、分辨率较高、图像直观 [1]，效率最高，但探测深度较 浅，对地形条件要求较高，容易受地表高、低阻的屏蔽，影 响勘探结果。瞬变电磁法具有勘探深度大、穿透高阻地层能 力强、由于采用人工源方法，随机干扰影响小、受地形影响 小等优点，由于对低阻体反应灵敏，是水文地质勘探的主要 物探方法。其中大定源回线瞬变电磁法具有信号强度大，横 向分辨率高等优点 [2]，但浅部为盲区。因此，本文采用高密 度电阻率法和瞬变电磁法对某矿山采空区进行探测，取得了 较好的效果。
收稿日期 ：２０２１－０５ 作者简介 ：杨生文，男，生于 １９８７ 年，汉族，青海西宁人，本科，物探工 程师，研究方向 ：矿产地球物理勘探。
2 工程概况 2.1 项目简述
某研究矿区在矿产 1 矿界之内，以西有矿产 2 存在，以
48 世界有色金属 2021年 5月下
M 采矿工程 ining engineering
基础点，从大桩号向小桩号沉降量逐渐增大，沉降量 ７ｃｍ ～ ４７ｃｍ， 施工基础下伏可能存在采空区，为更好的查明矿山采
空区空间位置，排除安全隐患，对矿山工程地基及附近采用高密度电阻率和瞬变电磁法相结合，查明矿上工程采空区的
矿井瞬变电磁技术资料解释的方法研究
矿井瞬变电磁技术资料解释的方法研究【关键词】瞬变电磁；资料解释；地质异常体；干扰消息；电阻率；水文地质；噪音信号0 引言瞬变电磁技术在地面应用的基础之上应用到矿井中，在地面应用良好的基础上，在矿井中也取得了较好的应用效果，但是也存在个别不准确的现象。
这种现象有可能是多方面因素引起的：干扰因素大，时深转换模型不准确、水文等地质资料的缺失等等。
这就需要参考前人的解释经验，对矿井瞬变电磁技术的解释技术进行总结、归纳，找出图件的规律所在，提取有用的信息，最后并且要通过验证（一般情况下通过钻孔验证）。
1 矿井瞬变电磁法资料解释所遵循的原则一般情况下，在时深转换之后，大多绘制视电阻率-深度的等值线图：以测点为黄坐标，探测深度为纵坐标，视电阻率为所记录的数据。
只要数据在处理对时候比较准确，则绘制的图形就能够很直观地描述出岩层的视电阻率变化特征，再结合探测区的地质特征从而就判断异常体（包括形态、埋深、走向等）。
话说如此，但是怎样判断异常体，也就是说怎样判断区分背景场以及所谓的异常需要遵循一定的原则。
如若不然判断异常体就成了一纸空谈，所以需要先判断背景值和异常值才能最后划分出异常区域。
首先得确定背景值，确定背景值之前需要选择背景值良好区域进行测量。
根据长期积累的经验一般选择厚度均匀，构造不发育，没有磁性的区域。
而且该区域最好能够满足瞬变响应衰减快，规律性好以及变化趋势比较平缓。
当然，选择各种噪声比较小的区域也是必须的，也就是说尽量避开各种干扰，例如尽可能的避开金属物，减少人为活动等等。
上面介绍了怎样选择较好的区域测量，已达到背景值的平稳，在数据处理结果得到之后就需要根据图件确定背景值了，这里可结合多种方法判断确定背景值：分析多测道图确定背景值；观察曲线的衰减程度确定背景值；当曲线比较复杂的时候；结合测区原有资料确定背景……如果该区的地质条件比较复杂，可以考虑分区确定不同的背景值，也就是说不同区域确定不同的背景值，将问题细化，逐个解决。
瞬变电磁法在矿井下的应用和疑难问题探讨
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瞬变电磁 法在矿井下的应用和疑难 问题探讨
王佳岑 （ 河南省煤田地质局物探测量队， 河南 ４ ５ ０ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 瞬变电磁法有着勘 探精度高、 资金投入少以及动工效率高等优 点， 在矿井下勘探水文地质过程有着广泛的应用。 运用瞬变电磁法技术， 对
长 时 间 以 来 瞬 变 电磁 法 属 于矿 井的 勘 探 过 程 里 最 广 泛 应
备． 第二 选 择 好 的 动 工 方 法 选 择 动 工设 备 ， 对 于 动 工 的 效 率
用 的 勘探 技 术 ， 瞬 变 电磁 法 自身 有 着精 度 高 、 成本 低 以 及 效 率 高的特点． 所 以在 矿 井 下工 作 中能 够 发 挥很 大作 用 。 瞬 变 电磁
的 是 一 个 困难 点 然 而 对 瞬 变 电磁 法进 行 利 用 因 为 它 本 身 针 对 低 阻 地 质 的 气 体 非 常 敏 感 所 以 它 能够 非 常 快速 的 对 这 一 气 体发现。 瞬 变 电磁 法 有 着 对 噪 声 自动 消 除 的 功 能 ． 它能很 小 程 度 的 影 响 实 际 的 地 形 ，它 能 够 对 与 探 测 目标 的耦 合 有 效 的 实 现。此项措施看上去简单 ， 然 而它 的 分 辨 力 非 常 强 。
次 场 是 激 励 地 下 良导 的 地 质 体 ． 导 致 不 稳 定 磁 场 的 出现 瞬 变
置成为 ２ ９ 位． 设 置发 射机 的频 率通 常 为 ３ Ｏ Ｈ ｚ ， １ ５ Ｈ ｚ ． ２ ８ ５ Ｈ ｚ
电磁 法 对 地 底 地 质 构 造 的 掌握 ，具 体 是 依 靠 对 二 次 场 在 一 次
地面瞬变电磁法勘探在矿井中的应用
地质勘探G eological prospecting地面瞬变电磁法勘探在矿井中的应用王 云摘要：矿井地质条件复杂，勘探工作环境也越来越复杂，对矿井地下含水结构的检测要求也越来越高。
为了确保矿井的安全，迫切需要开发高精度的检测手段和技术。
瞬变电磁探测技术是一种主要的探测手段，它适用于金属矿范围内的小型窑、古窑采空区，可以确定采空区的具体位置和积水情况等。
本文以A公司地面瞬变电磁勘探井田区域内的采空区为例，探讨了瞬变电磁法在勘探采空区方面的方法和应用。
通过对瞬变电磁检测技术的改进，提高了检测和定位的精度，对矿井的安全掘进、水患预报和水防治等方面发挥了重要指导作用。
关键词：矿井古窑采空区；瞬变电磁法勘探；水害防治由于乱采乱挖，采空区围岩破碎，采空区空间结构错综复杂，导致采空区和水的分布不够全面，给采矿工作带来了巨大的安全风险。
在矿井中，因采空区积水而引发的水灾事故也是屡见不鲜。
因此，在开采之前，必须对采空区的积水进行科学探测。
目前，瞬变电磁法、直流电法等地质勘探技术已被广泛应用于金属矿井下积水的探测，然而直流电法由于地形的限制受到了很大的约束。
瞬变电磁测量技术是一种用于测量地下介质的电磁测量技术，它能够在脉冲不连续过程中产生涡流，并且在脉冲中断之后不会立即消失；随着时间的推移，次级场的衰减规律主要与超导体的导电性、体积大小、埋入深度、发射电流的形状和频率有关。
由于该方法对低电阻体非常敏感，施工方便，并且受地形影响较小，因此成为目前矿井水患勘查的首选方法。
1 矿井瞬变电磁法基本原理1.1 基本原理矿山瞬变电磁场法是基于地表瞬变电磁场方法，在考虑矿山地质条件和勘查要求的基础上发展起来的一种瞬变电磁场方法。
该方法通过利用不同地质体之间的电导率差异，采用一次或多次的脉冲磁场，并在间歇时间内通过线圈或地电极对二次涡流进行观察。
以不接地回线为例，矿山瞬变电磁法的观测设备主要由发射回线和接收回线构成。
工作过程包括发射、电磁感应和接收。
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图 1 全空间条件下 TEM 信号传播示意图
·70·
( 第 43 卷第 12 期)
试验·研究
由于二次场与巷道围岩地质体有关，如果围岩
介质为富水 性 岩 层，含 水 量 较 大，则 二 次 场 衰 减 变
慢，反之则衰减较快，因此通过分析瞬变电磁二次场
特征可以获得周围地质体信息。
矿井瞬变电磁法是基于全空间条件下的探测。
地层的响应特征，不能准确的对目标体进行探测。因此对于浅部含有低阻层的地层，应该根据其
反演得到的真实探测深度进行成图并结合其他的水文地质资料进行综合解释。
关键词: 矿井瞬变电磁; 低阻层屏蔽; 全空间效应; 能量衰减
中图分类号: P631． 8 + 4
文献标志码: A 文章编号: 1003 － 496X( 2012) 12 － 0069 － 03
1 矿井瞬变电磁法
1． 1 基本原理 矿井瞬变电磁法是利用不接地回线于井下巷道
内设置通以一定电流的发射线圈，在其周围空间中
产生一次电磁场，并在巷道周围导电岩矿体中产生 感应电流。在电流断开之前，发射电流在回线周围 空间建立起一个稳定的磁场。然后将电流突然断 开，根据电磁感应理论该电流产生的磁场立即消失， 在一次场的激发下，地下地质体中激励起的感应涡 流将产生随时间变化的感应电磁场二次场，如图 1。
Interpretation Study on Low Resistivity Layer Shielding Problems of Mine Transient Electromagnetic Method
WANG Sheng － long1 ，CHENG Jiu － long1，2 ，LI Fei1 ，XU Feng － lin1 ( 1． MOE Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control，Shandong University of Science and Technology， Qingdao 266590，China; 2． State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and
传播深度与巷道顶、底板介质中传播速度和电性介
质的分布、传播时间有关，因此瞬变电磁场探测深度
公式表示为:
D( t)
=
∫
t 0
v(
ρ，t)
dt
( 2)
式中: ρ 为围岩介质的视电阻率，v 为电磁场的
传播速度。
1． 2 低阻屏蔽现象
在矿井瞬变电磁进行工作面顶底板富水性探测
时，瞬变电磁场以“烟圈”形状由发射线圈向周围地
试验·研究
( 2012 － 12)
·69·
矿井瞬变电磁法低阻层屏蔽问题 解释研究
王圣龙1 ，程久龙1，2 ，李 飞1 ，徐凤琳1
( 1． 山东科技大学 矿山灾害预防控制教育部重点实验室，山东 青岛 266590; 2． 中国矿业大学( 北京) 煤炭资源与安全
开采国家重点实验室，北京，100083)
摘 要: 低阻层的“隔离作用”最终导致晚期资料信噪比下降，达不到预想的勘探深度，缺失深部
质体传播，按过渡过程可分为早期和晚期 2 个阶段，
在这 2 个阶段中，感应场所提供的地质信息是不同
的，在早期较前阶段，感应电流主要集中于浅部地质
体附近，瞬变电磁接收到的信号不仅包括探测地质
近年来矿井瞬变电磁法发展较快，矿井瞬变电 磁法勘探是地球物理勘探中的一个重要领域，它具 有探测方向性强，体积效应小、横向分辨率高、低阻 响应强等优点。已经广泛的应用于探测煤层顶底板 岩层及断层含水性、陷落柱富水性及导水通道。由 于井下实际条件的限制，发射线圈只能采用多匝小 线圈，瞬变电磁场在围岩中传播的过程是一个能量 不断衰减的过程，受制于趋肤效应，瞬变电磁场传播 具有最大探测深度，探测深度与围岩的岩性，发射磁 矩等有关。研究发现，如果沿着探测方向浅部存在 一低阻层，由于低阻屏蔽的影响，会造成最终数据的 部分缺失，增加了成果解释的困难性，因此研究矿井 瞬变电磁法低阻屏蔽资料综合解释具有现实意义。
因此瞬变响应来自于回线上下地层的综合信息，视Biblioteka 电阻率公式可表示为:ρ
=
C
μ0 ( 4πt
2
μ0
Mq )
5tVz
2 /3
( 1)
式中: C 为全空间响应系数; M 为发射回线的磁
矩，u0 为磁导率; q 为接收线圈的有效面积; t 为瞬变 延迟时间; Vz 为感应电动势，其中 M = N × S，N 为发 射线圈匝数，S 为发射线圈面积。矿井瞬变电磁场