第40卷 第3期 煤田地质与勘探
Vol. 40 No.3
2012年6月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Jun . 2012
收稿日期: 2011-06-09
作者简介:梁 爽(1969—), 男, 陕西礼泉人, 硕士, 高级工程师, 从事勘查地球物理工作.
文章编号: 1001-1986(2012)03-0070-04
瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用
梁 爽
(中煤科工集团西安研究院，陕西 西安 710077 )
摘要: 瞬变电磁法(TEM)具有施工方便、快捷、对低电阻率地质目标体反应敏感等诸多优点，在寻找地下水源、查明采空区及探测岩溶发育带等方面有着广泛的应用。在简述TEM 工作原理、方法
的基础上，论述了TEM 法在我国多个矿区复杂条件下，对积水采空区和地层富水区的水文地质勘探实例。结果表明，采取必要的技术措施后，勘探取得了良好的地质效果，为保障矿井安全生产提供了科学依据。
关 键 词：瞬变电磁法；视电阻率；煤矿水害；水文地质勘探
中图分类号：P631 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2012.03.017
The application of TEM in detecting water hazards in coal mines
LIANG Shuang
(Xi ′an Research Institute , China Coal Technology & Engineering Group Corp , Xi ′an 710077, China )
Abstract: Due to being convenient, fast and sensitive to low resistance target body, Transient Electromagnetic Method (TEM) is applied widely in searching groundwater sources, detecting gobs and karst development zones. The paper, on the basis of briefing TEM principle and method, discusses the application of TEM method in hydro-geological exploration of water-accumulating gob and water-riched areas under complex conditions of different mining areas in China. It has been proved to be successful, achieved excellent geological effects and provides sci-entific basis for ensuring safe production.
Key words: TEM; apparent resistivity; water hazards in coal mine; hydrogeological investigation
我国煤矿水文地质条件复杂，随着近年煤炭工业的迅速发展，煤矿安全生产中遇到的水害问题更加突出，如积水采空区、地下富水带与岩溶溶洞等。矿井水害威胁已经成为制约我国煤矿安全生产的重大隐患[1]，对这类问题的精细探测是工程地球物理的难题之一。由于瞬变电磁法对低电阻率地质目标体反应较为敏感，因而，该方法为探测和发现水害，保障矿井安全生产提供了最有效的途径。
1 瞬变电磁法
瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method)又称时间域电磁法(Time Domain Electromagnetic Method)，简称TEM 或TDEM ，是建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在其激发下，地下地质体中产生的感应涡流将产生随时间变化的感应电磁场。该信号和地下地质结构的电性特征有着直接的关系。通过研究瞬变场随时间的变化规律，从而达到解决地质问题的目的[2-5]。其工作原理见图1。
图1 TEM 法工作原理示意图
Fig. 1 The diagram of TEM principle
瞬变电磁法是在没有一次场背景情况下观测研究二次场，简化了对探测目标产生异常的研究。该方法以其装置轻便、受旁侧影响小、高工效、低成本等特点已被广泛用于金属矿和煤田地质勘探、工程物探、地下水与地热勘探、采空区与岩溶发育带探测及环境灾害地质调查研究等诸多领域[6-12]。由于方法本身的属性，不宜在高压超高压输变电线路、铁路等强干扰源附近采集资料，这也为相关规范、技术规程所规定。
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2资料处理
野外采集的数据经过处理、分析与解释等一系列基本流程[8]才能成为地质成果。TEM野外采集到的数据含有发射线框[13]、发射电流、关断斜坡[14-18]、接收线圈、增益、迭加次数等诸多因素的影响，必须进行归一化。资料采集过程中，硬件设计已考虑了压制50 Hz干扰和随机干扰[19]，但并不彻底，还必须通过软件进一步去噪，然后再进行各种计算和反演[20-26]。
原则上瞬变电磁测深法的理论公式都是依据水平层状模型推出的，目前较成熟的解释方法也都是在水平层状一维模型的基础上建立起来的[2-5,23-26]。对于二维、三维瞬变电磁反演解释方法由于理论上的复杂性，且影响因素较多，要达到实际应用阶段还存在距离。较成熟的水平层状一维模型反演仍然是目前常用的有效反演方法。
在矿区开展TEM勘探工作，有其特殊性，这就是干扰因素多、干扰程度强，有的地方甚至不适于开展此项工作，这应依据相关规范来进行。在可工作区域，对不同的影响因素要有针对性更强的技术措施。
3应用实例
3.1电力线干扰区
晋北地区某矿井，由于地方小煤窑曾经越界开采侏罗系11号煤，直接威胁矿井安全生产。矿方对小煤窑开采范围也进行过走访调查，但限于多种条件，所调查到的小窑采空范围准确程度不高。预计小窑采空区内还有大量积水，这给矿井的安全生产造成严重威胁。
测区为丘陵缓坡地带，长1 300 m，宽480 m，地表发育有2条深10余m沟谷。区内地质构造简单，地层走向近东西，倾向南，根据所提供的钻孔资料推算，地层倾角小于2°，近于水平，南边略低。勘探目标层为11号煤层，埋深在230 m左右。
矿区出露有寒武系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系和第四系等地层。由于区域上石炭系和二叠系地层由南向北变薄并尖灭，所以虽然石炭系上统太原组和侏罗系中统大同组为区域主要含煤地层，但只有后者为井田的主要含煤地层。
野外数据采集使用加拿大凤凰公司生产的V8多功能电磁勘探系统。按勘探精度要求，在勘探区范围内按40 m×30 m测网密度布设测线13条，每条线上有44个测点。
在测区内南部有380V电力线通过，该处资料受到50 Hz工频电干扰(图2)，但通过增加叠加次数与采用双极性矩形脉冲电流源等有效的消噪手段[19]与后续处理措施，感应电动势衰减曲线可满足质量要求(图3)。
图2 带明显50 Hz工频电干扰的实测信号
Fig. 2 The measured signal with interference of 50 Hz power line
图3 工频电噪声抑制效果
Fig. 3 The effect of power line noise suppression
通过数据处理，提取11号煤层附近的数据，绘制成视电阻率平面图(图4)。从图4可以看出，低阻区位于测区南部的东西两头，高阻区分布在测区北部。结合矿方调查所得11号煤层采空区位置(测区北侧)，推测采空范围为测区北部区域。因该区呈高阻反映，推测该层位采空区含水性不强。尽管测区地层近于水平，但在480 m宽的范围内亦有12 m左右的高差，采空区积水会向南部汇聚。测区南部的两处低阻异常I、II比较明显，可能由于采空区含水引起，也可能是由于该处含水裂隙较为发育所致。建议在后续的工作面布采时，两处低阻异常应当予以重视。
图4 电力线干扰区11号煤层附近视电阻率平面图Fig. 4 Apparent resistivity map of No.11 coal in power line
interference zone
而矿方走访调查结果认为，小煤窑采空区在测区北部，南部没有采空，为实煤区，不会有积水。即使存在裂隙水，一般也不会对矿井安全生产构成直接威胁。就在勘探成果报告提交2个月后，测区东南部在掘巷道进入测区110 m处发生出水事故，造成了人员伤亡与财产损失。出水点距物探划定的异常II边界仅10 m之遥。
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3.2 复杂地形区
山西某矿由于受侏罗系11号煤积水采空区的威胁，为保证11号煤剩余资源及下部石炭系3号煤的安全开采，开展了物探工作。
矿区地层与3.1中相类似，不同之处在于该区石炭系为可采含煤地层。测区为一平行四边形，考虑到异常追踪对比及方便施工布置，将测区延伸为1 200 m× 270 m的矩形。测区平均高程1 320 m，虽然面积不大，但最大高差有190 m之多。勘探目标层11号煤高程在1 200 m上下，石炭系3号煤高程在930号m上下。资料采集使用V8多功能电磁勘探系统。
针对地形起伏大，一方面采用大发射线圈来弱化地形影响，另一方面，对受地形影响数据进行必要的校正处理。经过上述措施后，提取11号煤附近视电阻率数值绘制平面图(图5)。从图5可以看出，低阻异常区在图幅上半部，其核心位于3?7线的50?63点间。异常区与异常核心区分布与构造密切相关且对应较好。整体上，低阻异常区分布于地层较低一侧，而异常核心区在背斜一翼的最低端。
图5 复杂地形区11号煤附近视电阻率平面图
Fig. 5 Apparent resistivity map of No.11 coal in complicated
topography zone
瞬变电磁法划定的低阻异常区与矿方后来提供的调查采空区重合得较好，但又体现出不同，那就是沿地层走向，低阻异常区有所延伸，沿地层倾向则有所回缩。这是由于地层沿走向高程变化平缓，沿倾向则有明显的降低，积水会向地势低的地方汇聚和渗透，以致该处地电阻率数值偏低。基于此，推断采空区有积水。这一推断为矿方提早采取必要的水害防治措施，保证11号煤剩余资源及下部石炭系3煤的安全开采提供了有价值的依据。
3.3 戈壁地区
我国西部戈壁区是人们传统认识上的极度缺水地区，矿区生产生活用水极为紧张，但矿井生产依然遭受水害事故。新疆地区某矿一工作面上顺槽在巷道掘进至图6中的S处发生涌水溃砂事故，导致财产损失和矿井停产。事故发生后，矿方立即组织相关方面技术专家对透水事故原因与工作面剩余部分的矿井充水条件进行了分析与评价，以查明事故原因，避免类似事故再次发生，同时保证剩余煤炭储量的安全回采。物探作为配合水文地质调查的手段，进行了地面瞬变电磁法勘探。
图6 戈壁区煤层顶板附近视电阻率平面图Fig. 6 Apparent resistivity map of coal in Gobi desert zone 矿区为山前倾斜平原前缘地带，属戈壁滩地貌，北为天山山脉的巴尔库山，山顶积雪融化沿第四系底部进入矿区。矿区所见地层为第四系、新近系、侏罗系和石炭系、二叠系等。第四系为10余m厚的砂及砾石层。新近系由100 m左右的砂砾岩及砾状灰岩等组成。侏罗系为含煤地层，矿区开采煤地层埋深在120~130 m。石炭-二叠系由一些中酸性火山岩组成，为煤系基底。
野外数据采集使用V5多功能电磁勘探系统。针对地质条件、精度要求并结合现场试验，采用400 m× 400 m发射线圈及20 m×20 m的基本测网密度，对
发现的异常区域不仅重复测量核实，还把异常区测
点加密至10 m×10 m。图6是该测区120 m深度(煤
层顶板附近)视电阻率平面图，点线距均为20 m。图6中标出了3个低阻异常区，其中I号异常区与事故位置相吻合，该处放水量平均3 000 m3/d。从
视电阻率平面分布图推测I、II号异常有可能是连通的，并且还有可能与III号异常区相连通。由于无小
窑采空区，推测水源是新近系、第四系底部含水从
测区北缘西部和东缘北部进入测区，经渗透等作用
把几个富水区连为一体。基于物探工作成果并考虑
巷道布置，在II号异常区域内两待开拓巷道交叉点处，矿方布置了探放水钻孔Zk，其排水量平均1000 m3/d，且与事故点排水量有同步变化的关系，证实
了异常的存在。
4结论
a. 无论从效率、成本还是从地质效果看TEM法都是矿区水文地质调查的首选方法，它对煤矿水害防治、保证矿井安全生产具有重要意义。
b. 对于复杂地形区，采取必要的技术措施后，地形影响一般都能被有效抑制或消除，真实异常得以显现。
第3期梁爽: 瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用·73 ·
c.在强干扰源附近，要取得较好的效果并不现实；在干扰较平静的地区，第一手资料可靠，经过资料处理，获得的成果贴近实际，效果比较理想。
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c.基于这种计算模型，可以开发相应的软件，并且与实际监测设备相对接，对管道的回拖力进行超前预测，有利于施工风险控制。
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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
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 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. 矿井直流电法勘探涵盖了巷道顶底板电测深法和矿井高密度电阻率法这两种方法，两者属于频率域，而矿井瞬变电磁法则为时间域的方法。 1直流电法技术的基本原理 直流电法勘探是测定岩石电阻率的传统方法。它通过一对接地电极把电流供入大地中，而通过另一对接地电极观测用于计算岩石电阻率所必需的电位或电位差信息（见图1）。 图1 电法勘探工作原理示意图 一个点电源O 在均匀介质中的电场形态为球形(见图2) ，每个球壳为一个等电位面，不同等电位面上A、B 两点会产生电位差，电位差的大小与其通过的介质的导电性(电阻率)有关。 此时通过直流电法仪测得A、B 两点的电位差，即可计算出介质的视电阻率。 A' j电流线 图2点电源在均匀介质中的电场形态 矿井直流电法勘探在井下巷道内安放物理场源和接收装置，因测点位置靠近勘探对象，缩短了目标体的探测距离，许多在地表无法探测到的较小规模地电异常体，在井下可获得较强异常响应，为提高电法勘探应用能力创造了有利条件。 巷道顶底板直流电测深法装置形式 固定MN法（施伦贝尔装置） 工作布置方式为A---M-O-N---B ，即以 O 点为中心，两边对称布置A 、M 、N 、B 四个电极四个电极按比例由近及远同步移动。 三极装置（常用于井下迎头超前探测） 工作布置方式为A---M — O —N----B （*）。即以 O 点为中心，两边对称布置M 、N 两个电极，A 、M 、N 三极由近及远逐步移动，B 极位于无穷远处。 图2 三极测深法示意图 上述两种装置中A 、B 、均为供电电极，用于向岩层供电；M 、N 均为测量电极，用于探测地电场电压，根据测出的电流、电压值结合装置系数就可以换算出地层视电阻率值。通过对不同深度地层的视电阻率值进行全方位探测和综合分析，就可以达到探测岩性或构造的目的。 矿井高密度电法 巷道顶底板电测深法由于受其观测方式的制约，不仅测点稀，工作效率低信息量小，而且更难从多种电极排列去研究地电断面的特征、结构与分布。因此，所提供的关于地电断面的地质信息贫乏，资料解释存在相当困难。为了克服上述困难与不足，更好的发挥物探在工程勘察中的优势，便发展出了高密度电阻率这项新的勘探技术。 其在原理上属于电法勘探中电阻率法的范畴，它是以岩土体的电性差异为基础，以研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的勘探方法。高密度电法集中了常规剖面法和电测深法两者的特点，不仅可以观测地下一定深度范围内横向电性变化情况，同时还可以观测垂向电性的变化特征，总体而言具 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 瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法.其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。 目录 原理 优点 应用 原理 优点 应用 展开 编辑本段原理 瞬变电磁法也称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。 编辑本段优点 瞬变电磁法探测具有如下优点 ⑴由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感，使得它在当前的煤田水文地质勘探中成为首选方法； ⑵瞬变电磁法在高阻围岩中寻找低阻地质体是最灵敏的方法，且无地形影响； ⑶采用同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强； ⑷剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息。 编辑本段应用 概述 根据瞬变电磁法对低阻体反应敏感的特点，将其用于煤矿井下水文勘查还是近几年的事情。瞬变电磁法是一种极具发展前景的方法，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。瞬变电磁法在提高探测深度和在高阻地区寻找低阻地质体是最灵敏的方法，具有自动消除主要噪声源，且无地形影响，同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强等优点。 装置及原理 瞬变电磁法的勘探原理是利用人工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，产生涡流场或着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能量所获的能量。利用接收线圈测量接收到的感应电动势v2。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. 由于采用线圈 接收V2,故对空间的电磁场或其它人文电磁场敏感,也就是通常所说的干扰.为了减少此类干扰,采用尽量的发射大的电流,以获取最大的激励磁场,增 加信噪比,压制干扰。 接收装置通常分为分离回线,中心回线和重叠回线3类,以重叠回线得到的信息最为完整,其它次之。 局限性及解决办法 瞬变电磁法的工作效率高,但也不能取代其它电法勘探手段,当遇到周边有大的金属结构时地面或空间的金属结构时,所测到的数据不可使用,此时应补充直流电法或其它物探方法(见金属结构物对测量的影响一文)。同时在地层表面遇到大量的低阻层矿化带时(例如在陕西南部某地铅锌矿区,地层表面充满石墨层)瞬变电磁法也不能可靠的测量,因此在选择测量时要考虑地质结构。 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 第38卷第8期 煤炭科学技术 Vol 138 No 18 2010年 8月 Coal Science and Technol ogy Aug . 2010 地质与测量 采空区矿井瞬变电磁法探测技术 占文锋,王 强,牛学超 (北京工业职业技术学院建筑工程系,北京100042) 摘 要:为了查明木城涧煤矿采空区范围及其富水性特征,运用矿井瞬变电磁法对采空区进行探测,探测过程中采集了2组感应磁场强度数据。通过对采集到的数据进行分析和处理,基本上查明了采空区的范围和富水情况。结果表明:采空区内富水性较强,局部地区由于顶板垮落作用,富水性减弱,因而视电阻率呈现不均匀变化。建议在采空区周围留设合适的防水煤柱,以保障周围工作面的安全回采。 关键词:木城涧煤矿;瞬变电磁法;采空区;富水性探测中图分类号:T D745121 文献标志码:A 文章编号:0253-2336(2010)08-0115-03 Tran si en t Electromagneti c Explora ti on Technology to M i n i n g Goaf ZHAN W en 2feng,WANG Q iang,N I U Xue 2chao (D epart m ent of A rchitectural Engineering,B eijing Polytechnic College,B eijing 100042,China ) Abstract:Due t o the water accu mulated in the goaf ofM uchengjian M ine,W est Beijing,a potential danger would be br ought t o the m ine safety .I n order t o detect the goaf scope and watery features,the m ine transient electr omagnetic method was app lied t o the detecti on of the goaf and the t w o gr oup induced magnetic field strength data were collected during the detecti on p r ocess .W ith the analysis and p r ocessing the data collected,the goaf scope and watery conditi ons were basically verified .The results showed that there was high watery in the goaf and in s ome l ocal area of the goaf due t o the r oof collap se,the watery would be reduced .Thus the visual resistivity was inho mogeneously varied .The paper p r oposed that rati onal coal p illars f or water p r oof should be left ar ound the goaf in order t o p r otect the safety m ining of the adjacent coal m ining faces . Key words:Muchengjian M ine;transient electr omagnetic method;goaf;watery detecti on 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目 (2006CB202208) 1 区域地质背景 北京西山地区位于华北地台燕山台褶带,中生代地壳运动活跃,构造形迹复杂,给该地区煤矿生产增加了难度 [1] 。同时,由于小窑和采空区积水, 给煤矿生产带来安全隐患。矿井瞬变电磁法是近几年来发展起来的在井下巷道内探查其周围空间不同位置、不同形态含水构造的矿井物探方法,有许多其他方法不能比拟的优点,凭借其井下探测的诸多优点,可以有效地探测巷道周围100m 范围内的含富水性情况,已成为煤矿水害探测的最佳选择 [2-3] 。因此,运用矿井瞬变电磁法对采空区进行 富水性探测,可以查明采空区富水带位置。 北京西山地处燕山褶皱带西南段与太行山构造 带东北端阜平隆起交汇处,中生代以来不同地球动力学系统的先后叠加作用,造就了区内多期构造的运动图像,煤系构造变形较为复杂。中生代岩浆活动强烈,晚古生代和中生代煤系除斋堂地区有少量贫煤、瘦煤外,全区均为无烟煤,使其具有较为独特的煤层变形-变质面貌。京西煤田主体构造为北东向至近东西向的复式向斜,以及与褶皱轴向平行的走向断层。由于北北东向和近东西向区域构造线叠加,褶皱多呈短轴状,向斜开阔而背斜紧闭,多伴生逆冲断层。木城涧煤矿位于京西庙安岭—髫髻山向斜南西段东南翼,该向斜总体呈北东向展布,轴迹呈反“S ”形。木城涧煤矿构造形态与向斜南翼基本特征相吻合,构造线大致与地层走向一致,沿NEE 方向平行展布,呈弧形凸出。区内褶皱、断层均发育,以褶皱为主、断层为辅 [4-5] 。 5 11 瞬变电磁法在探测地下溶洞中的应用 【摘要】：介绍了瞬变电磁法应用于工程地球物理勘探的进展情况及应用效果，通过对实际探测资料的分析，论证了瞬变电磁法应用于工程地球物理勘探的可行性和有效性。 关键词：瞬变电磁法；地球物理勘探;地下溶洞 [ abstract ] : this paper introduces the development situation and the application result of transient electromagnetic method is applied to the engineering geophysical exploration, based on the analysis of the actual detection data, demonstrates the feasibility of transient electromagnetic method is applied to the engineering geophysical exploration and effectiveness. key words: transient electromagnetic method; geophysical exploration; karst cave 中图分类号：p624 文献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02 1引言 瞬变电磁法（tem）近几年来在国内外得到迅速发展，在金属矿勘探、油气田勘探和煤田勘探等勘探中得到广泛应用。并且它正开始步入工程勘察、地下水及地热勘察的行列中。为了研究 tem 法在地下空洞勘察中的有效性，几年来进行了大量的试验研究工作。 矿井瞬变电磁探测技术与应用 岳建华，姜志海 （中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州２２１００８） ［摘要］扼要介绍了矿井瞬变电磁法的发展背景、技术特点、井下施工的装置形式，论述了矿井瞬变电磁法相关理论基础，指出了矿井瞬变电磁法的特点，结合实践说明矿井 瞬变电磁法是一种有着良好应用前景的探测技术。 ［关键词］矿井瞬变电磁法；磁偶源；全空间 ［中图分类号］Ｐ６３１．３＋２５［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７２!９９４３（２００６）０５!００７２!０４ ０引言 地质勘查是煤矿水害和煤与瓦斯突出灾害防治工作的第一步。只有准确查明诱发灾害事故的地质因素，掌握和控制地质构造并探明水、瓦斯富集区和地应力集中区的情况，才有可能超前采取措施进行治理，从而避免或减少煤矿灾害事故的发生。目前，我国上百个煤矿开展过矿井直流电法勘探工作，取得了良好的应用效果，但当遇到巷道掘进头超前探测，破碎顶板电极接地困难，巷道极短造成的直流电法难以组织有效施工等问题时，矿井直流电法勘探有其局限性。为此，中国矿业大学资源学院地球探测与信息技术系将瞬变电磁法引入井下［１］，在东部矿区十多对矿井开展了矿井瞬变电磁法的试验、应用工作，中国科学院地质与地球物理研究所白登海［２］等也进行了此类研究。 １瞬变电磁理论发展现状 目前矿井瞬变电磁法应用借鉴的均是地面瞬变电磁法的基本理论，尚未形成自己的理论体系。对于地面瞬变电磁法，西方研究比较完善［３］。在一维层状方面，Ｗａｉｔ给出了均匀层状大地研究理论，Ｈ．Ｆ．Ｍｏｒｒｉｓｉｏｎ提出了层状半空间瞬变电磁场定量解释方法，１９８１年，Ｒａｉｃｈ和Ｓｐｉｅｓ给出了适合于延时、电导率和层深改变的二层均匀大地的理论曲线；１９７９年，Ｍ．Ｎ．Ｎａｂｉｇｈｉａｎ提出了用作解释与反演的“烟圈”理论，１９８２年Ｒｉｇｈｔ提出用Ｇａｖｅｒ－ｓｔｅｈｆｅｓｔ算法进行反演，比用傅里叶变换进行反演更为有效，更为稳定，１９８５年Ｒａｉｃｈｅ提出用共框ＴＥＭ测深数据和对称四极电阻率测深数据进行联合反演。在二维方面，１９８０年Ｋｕｏ和Ｃｈｏ首次用有限元法解时域中的变分方程，求任意二维地电断面的瞬变响应并用中心差分来代替热传导方程中对时间的导数。１９８３年Ｇｏｌｄｍａｎ等引进积分－差分的混合算法，计算了垂直磁偶极子激发下轴对称模型的ＴＥＭ响应。Ｏｒｉｓｔａｇｌｉｏ等在１９８４年用有限差分法计算了二维地电断面，Ｊ．Ｉ．Ａｄｈｉｄｇａａ，在１９８５年用有限差分法计算导电半空间二维体的瞬变响应，并研究了导电围岩和导电覆盖层对ＴＥＭ的影响。Ｇｏｌｄｍａｎ等在１９８４年提出用有限元法解二维地电断面问题，并在１９８６年用有限元法研究了无限长线源激发下，任意二维地电断面的ＴＥＭ响应。在三维方面，Ｈｊｅｌｔ给出了瞬变偶极场中两层球体的似稳态瞬变电磁场解，Ｌｅｅ计算了层状大地中导电球体的ＴＥＭ响应，在１９８１年采用解积分方程的众数匹配法求解，进一步阐明了导电围岩中球体的异常与自由空间中异常的差别。ＳａｎＦｉｌｉｐｏ（１９８５）计算了矩形回线中阶跃电流激发下棱柱体的瞬变电场的数值解。Ｇｕｎｄｅｒｓｏｎ等人在１９８６年研究了三维层状大地的ＴＥＭ响应，同年Ｎｅｗｍａｎ和Ｈｏｈｍａｎ研究了层状大地中三维体的ＴＥＭ响应规律［３］。 对于瞬变电磁法正反演来说，国内的有关研究与报道较少。盛圣圣与牛之琏推导了激励电流为阶跃波的中心回线及重叠回线装置情况下，层状大地的瞬变电磁感应电压的余弦积分表达式，并引入一种线性数字滤波方法来评价这种震荡类型的积分，同时利用所建立的程序库，计算了一维层状大地模型上的瞬变电磁正演响应［４］。丁世荣， 电子与计算机技术 基金项目：高等学校博士学科专项科研基金资助课题（２００５０２９０５０１） 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38卷第9期煤炭学报 Vol．38No．92013年 9月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY Sep． 2013 文章编号：0253－9993（2013）09－1646－05 矿井瞬变电磁法波场变换与数据处理方法研究 程久龙1，邱浩2，叶云涛1，闫国才1，周健1，程丰波1，张珊珊 1 （1．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；2．煤炭科学研究总院矿山安全技术研究分院，北京100013） 摘 要：矿井瞬变电磁法探测电性界面分层的准确性关系到探测地质效果。探讨了瞬变电磁波场 变换理论，提出了矿井瞬变电磁波场变换算法，对实际矿井瞬变电磁数据进行了波场变换，提出了波场变换数据处理及成像方法，实现瞬变电磁剖面到拟地震剖面的转换，达到对电性界面的准确划分。结合矿井顶板岩层富水性探测的工程实例对矿井瞬变电磁波场变换及其数据处理方法的实用性和有效性进行了验证，取得了较好的地质效果。研究表明:矿井瞬变电磁波场变换及数据处理方 法能够提取瞬变电磁数据中所包含的电性界面信息， 解决矿井瞬变电磁法探测在准确确定电性界面方面的不足，突出弱异常进而提高分辨率。 关键词：矿井瞬变电磁法;波场变换;数据处理;拟地震处理;电性界面中图分类号：P631.3 文献标志码：A 收稿日期：2013－05－06责任编辑：韩晋平 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51034003， 51174210）；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20120023110014）作者简介：程久龙（1965—），男，安徽安庆人，教授，博士生导师。E －mail ：JLCheng@126．com Research on wave-field transformation and data processing of the mine transient electromagnetic method CHENG Jiu-long 1，QIU Hao 2，YE Yun-tao 1，YAN Guo-cai 1，ZHOU Jian 1，CHENG Feng-Bo 1，ZHANG Shan-shan 1 （1．State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining ，China University of Mining and Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ；2．Mine Safety Technology Branch ，China Coal Research Institute ，Beijing 100013，China ） Abstract ：The detection accuracy of electrical interface by mine transient electromagnetic method （MTEM ）affects the geological surveying results．Authors first discussed the theory of transient electromagnetic field transforming ，proposed the algorithm of mine transient electromagnetic field transforming and calculated wave filed with actual surveying data ，and then created the method of wave-field data processing and imaging ，realized the transformation from mine transient electromagnetic section into pseudo-seismic section and accurate detection of the electrical interface．At last ，the practi-cability and effective of the wave-field transforming and data processing were proved by the actual exploration on the water-containing of coal roof．The conclusion show that the wave-field transforming and pseudo-seismic imaging and data processing can extract the electrical interface information of MTEM and supplement the deficiencies of the MTEM on detecting accurately the electrical interface ，highlight the weak anomalies and improve the resolution and increase exploration accuracy． Key words ：mine transient electromagnetic method （MTEM ）；wave-field transformation ；data processing ；pseudo-seis-mic imaging ；electrical interface 不断频发的煤矿突水等事故成为制约我国煤炭 行业健康发展的关键因素。近几年来地球物理技术在矿井突水灾害探（监）测中发挥了极其重要的作用。时间域瞬变电磁法为近年发展较快的一种地球 物理方法，其在固体矿产勘查、水害防治等勘查领域均有广阔的应用前景和巨大的发展潜力，特别是在煤 矿水害防治领域发挥了关键作用［1］ 。瞬变电磁法勘探因其是体积勘探，含水地质异常体在断面图上通常 《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。 瞬变电磁法 1、概述 顺便电磁法（TEM）属于时间域电磁法，它是的原理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，以不接地的回线或者是连接地线通上脉冲电流为场源，地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减，有一个瞬变的过程。可以通过判断和分析二次的时空变化特征，来判断地下地质体的电性特征，找出其位置，产状和埋深等特征。具有可以同时的具有时间和空间的可分性、探测深度达、分辨率高、信息丰富等优点。近几十年来，我国科学技术快速进步，经济迅猛发展，各项基础建设稳步展开，对于各种矿产资源、能源、地下水资源等的需求快速增加。同时，各项建设中遇到了许多工程问题，如公路建设中的地下空洞、煤田开采中的陷落柱、隧道开挖中的突水问题等等。这些因素在一定程度上制约着我国经济的发展，而顺便电磁法的出现，利用其测量方面的优势，已经发展成为探测油气、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了广泛的应用。可以很好地保证资源供给，减少经济损失，加快建设进度。 2、研究现状 2.1、研究历史 对勘测工程工作的种种困难，把瞬变电磁法应用到地质勘探中的想法在上世纪30年代就有人提出来。最初的时域电磁法是利用到了L.W.Blan在1993年获得专利，用电磁脉冲激发提供电偶极形成电场。随后在前苏联有人提出了瞬变电磁测深法。在50年代，前苏联、加拿大、美国等国已经开始就瞬变电磁法的理论与应用技术进行了深入的研究，同时期由J.R.Wait 提出了使用瞬变电磁场法寻找导电矿体的理念。前苏联也基本已经建立了瞬变电磁法与野外施工的技术方法，更在70、80年代开展了大量的测量工作，特别是在二维和三维测量的方面就有了很大的进步，这使的瞬变电磁法在地质勘探上运用有了很大的发展。随着计算机的发展，西方各国在瞬变电磁法的二三维正演模拟方面也取得很大的成就。 我国于20世纪70年代研究TEM法。长春地质学院地矿部物化探研究所、中南工业大学、西安地质学院、中国有色金属工业总公司及中国地质大学等单位都在方法理论仪器及野外试验方面进行了一定的工作，先后研发出瞬变电磁系统，取得了很大的研就成果。至今TEM法一直处于蓬勃发展和广泛应用阶段。总的来看，目前国内已比较完整地建立了TEM 法的一维反演及方法技术理论，并自行研制了一些功率较小的仪器。 2.2、仪器的发展现状 近十几年来，伴随着计算机技术的快速的发展，瞬变电磁仪经过五次改进更型。性能稳定、实用可靠的商品化瞬变电磁仪器始于70年代初期，最先推出商品仪器的为加拿大CRONE地球物理公司，目前国内外商品化仪器大约有十几种。 2.2.1国外瞬变电磁仪 加拿大CRONE地球物理公司的DigitalPEM系统，匹配2.4 kW和4.8 kW二种发射机，发射机的发射电流下降沿固定模式有200Ls、300Ls、500Ls、1000Ls、1500Ls五种，发射线圈为任何状态、任何大地耦合条件下，发射机都可自动调整发射电流下降沿时间保持不变，接收传感器为棒状探头，探头脚架为可调式支架，能方便地调节探头地状态以满足测量三分量的要求，工作装置主要为中心回线、定源大回线和偶极~偶极。配有地~井TEM系统，井中三分量探头为分体式，即垂直分量和水平分量为二个探头，野外工作时每一激发回线状态下，分别测量垂直分量和水平分量，这样相对降低了工作效率，但大大增加了安全性，由于 49 东北部、西南部山区铁路建设中经常会遇到岩堆，在过去的实践中，人们往往采取避绕的措施，然而随着高速铁路建设步伐的加快，受铁路线型要求及其他因素的影响不能任意修改线路，因此在岩堆地区开展铁路勘察设计不可避免。本文以田师府至桓仁铁路大前石岭隧道岩堆的瞬变电磁探测为例，讨论物探技术在岩堆探测方面的应用与可 行性。 1 地形地貌 田师府至桓仁铁路大前石岭隧道位于本溪市桓仁县境内，线路以隧道形式穿越大前石岭，全长2500m。大前石岭隧道进口位于辽宁省桓仁县大雅河流域大前石岭的半山坡上，地貌为中低山区。大雅河在群山之间蜿蜒流过，河宽30～50m，水流较急，河中布满漂石、巨块石。大雅河两侧山体海拔高度370～1340m，最大高差970m，山坡自然坡度13°～35°。在山坡坡面上，2/3面积长满低矮灌木及乔木；1/3面积无土壤和植被，为裸露的块石、碎石堆，形成石海、石流坡地貌，统称岩堆。 2 岩堆的工程地质特征 岩堆体一般呈碎裂、松散状，节理、裂隙极其发育，自稳能力差。作为一种不良地质，在铁 路勘察设计中经常遇到。岩堆的主要特征即不均一性。表现在组成物质的块径大小的不均一，一般岩堆的块石含量在70%或以上，块石直径一般在0.5～3.0m，最大者达10余m，小者为角砾和粘土颗粒，由此说明岩堆组成物粒径悬殊大；孔隙大小的不均一，一般岩堆的中下部孔隙小，较密实，上部尤其是岩堆的后缘孔隙大，十分松散；由于岩堆组成物质的不均一和孔隙大小的不均一，致使地表水下渗和地下水渗流的不均一。 3 地球物理特征 不同的岩层具有不同的电阻率，瞬变电磁法勘探就是通过测定地下不同地点不同深度的电阻率的差异来达到寻找目标地质体的目的。利用瞬变电磁法勘探解决地质问题的前提条件是目标地质体和围岩存在电性差异。岩堆的主要特征即不均一性，表现在组成物质的块径大小的不均一，块石直径一般在0.5～3.0m，最大者达10余m，小者为角砾和粘土颗粒，由此说明岩堆组成物粒径悬殊大；孔隙大小的不均一，一般岩堆的中下部孔隙小，较密实，上部尤其是岩堆的后缘孔隙大，十分松散。地下一定 范围内，孔隙的填充物不同，直接影响其电性分布状况。如果无地下水的情况，孔隙被空气充填，表现为较高的电阻率；由于地下水的充填及地表水沿 瞬变电磁法在岩堆勘察中的应用 王文喜1 姚文清2 （1.沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁 沈阳 110013；2.辽宁省物测勘查院，辽宁 沈阳 110121） 摘要： 文章以田师府至桓仁铁路大前石岭隧道岩堆的瞬变电磁探测为例，讨论物探技术在岩堆探测方面的应用与可行性，基本上查明了岩堆的范围及厚度，有利地指导了钻探及挖探工作的布置。关键词： 瞬变电磁法；岩堆；勘察；物探技术；视电阻率中图分类号： P631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）28-0049-032012年第28期（总第235期）NO.28.2012 （CumulativetyNO.235）瞬变电磁法在地质勘探中的应用
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