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EH_4电磁成像系统在采空区边界勘查中应用

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第30卷第2期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2011年4月 Vol.30 No.2 Journal of Liaoning Technical University（Natural Science） Apr . 2011

收稿日期：2010-10-22 基金项目：国家自然科学基金资助项目（50804020） 作者简介：王建华（1955-），男，山东 诸城人，高级工程师，主要从事采矿工程及建井设备方面研究。本文编校：于永江

文章编号：1008-0562(2011)02-0178-04 EH-4电磁成像系统在采空区边界勘查中应用

王建华 （黑龙江东北煤炭矿山设备租赁公司，黑龙江 哈尔滨 150027) 摘 要：为了对未知采空区进行勘察，消除安全隐患，简要介绍了EH-4电磁成像系统的原理和工作方法，并利用EH-4电磁成像系统进行了舒兰市明珠佳苑二期采空区边界勘探。通过大地电阻率反演断面色谱图分析确定了该地区采空区的分布范围，为矿区地面建筑场地的稳定性和完整性评价提供参考。研究结果表明：EH-4技术在勘测煤矿采空区中取得了良好的效果，这也为以后的采空区探测提供了一种可靠手段。 关键词：EH-4电磁成像系统；采空区边界；勘探；电阻率；色谱图 中图分类号：P 631 文献标识码：A Applection of EH-4 electron agnetic image system

on exploration of goal edge WANG Jianhua (Heilongjiang coal mining equipment rental company in Northeast , Haerbin 150027, China) Abstract：In order to make a survey in the unknown goaf of the mine to eliminate the safety hidden dangers.

Principle and working method of EH-4 electron-agnetic imaging system were briefly introduced in the paper. And it was used in exploration of goal edge for Mingzhu park second stage.Then, goal distribution range was obtained by analysis of inversion section chromatogram of earth resistivity, provide evaluation of stability and integrity for the ground construction site of mine lot . The results shows that EH-4 system got good results in exploration of goal edge, and could provide a reliable means for the future survey in the goal. Key words：EH-4 electron-agnetic image system; goal edge; exploration; resistivity; chromatogram map

0 引 言 舒兰市明珠佳苑二期位于舒兰市广源煤业有限公司与舒兰矿业集团舒兰街煤矿附近， 该矿区已有多年的开采历史，由于历史原因矿区遗留下来的采空区范围和状态都没有详细记录和数据。为从根本上消除采空区的安全隐患，进行地下采空区勘查是非常必要的。目前，采空区探测方法主要以钻探和物探方法为主[1]，钻探方法比较直观，但是对

于大范围采空区和滥采乱挖形成的群采空区，这种方法显然无能为力；物探方法具有快速和大面积普查的优势，在采空区探测中得到广泛应用，取得了良好效果。用于采空区探测的物探方法主要有电法（包括瞬变电磁法和高密度电法等）、地震方法（包括地震层析成像法和浅层地震勘探法等）、瞬态瑞雷波法[2-3]、探地雷达法等几种。由于探地雷达法和

瞬态瑞雷波法具有分辨率高、应用范围广、检测设备简单、检测速度快等优点，逐渐成为采空区探测

的常用方法。本文采用EH-4电磁成像系统对该地区的采空区进行探测，EH-4电磁成像法是20世纪末发展起来的一种新的物探方法，由于其自身设备轻、速度快、费用低、勘探深度大、精度较高等优点，在中国西北地区进行地下水勘探、金属矿勘探以及废旧矿区采空区勘查方面取得了较好的效果[4-7]。

1 EH-4成像系统原理简介 EH-4成像系统是天然和人工场源的双源型大地电磁测量仪。通过接收大地对天然电磁波的反应，来达到电阻率或电导率测深的目的[8]。连续的测深点阵可以组成地下二维电阻率剖面，甚至三维立体电阻率成像，它属于部分可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深系统。深部构造通过天然背景场源成像（MT），其信号源为10~100 kHz，其探测深度大致在10 m～800 m。浅部构造则通过一个新型的便携式低功率发射器发射1~64 kHz人工电第2期 王建华：EH 4电磁成像系统在采空区边界勘查中应用 179磁讯号，补偿天然信号的不足，从而获得高分辨率的成像，通常可达1 200 m以上至1 500 m，特殊高电阻率地区，甚至可达2 000 m以上。它利用采集到的天然电场E、磁场信号H及频率f计算出相应频率所对应的电阻率，进而达到测定地下各层电阻率的目的，其计算公式为 2

51HEf=ρ ， （1）

式中，f为频率，ρ为电阻率。由于地下介质不是均匀的，而计算的ρ值为视电阻率值，探测度理论上为一个趋肤深度，其计算公式为 500/fδρ= 。 （2）

由式（2）可知，趋肤深度δ将随电阻率ρ和

频率f变化，测量是在和地下研究深度相对应的频带上进行的。也就是说当工作频率高时，探测深度小，随着工作频率降低，探测深度也逐渐增大，因此通过研究地表采集的电磁数据能够反演出地下不同深度介质电阻率分布的信息[9]。

归纳起来，EH-4电磁成像具有以下特点： ①具有较高的分辨率，为探测某些小的地质构造和区分电阻率差异不大的地层提供了可能性； ②能同时接收和分析x、y两个方向的电场和磁场，反演x-y电导率张量剖面，对判断二维构造特别有利； ③仪器设备轻，观测时间短，完成一个近1 000 m深度的测深点，大约只需15~20 min；实时数据处理和显示，资料解释简捷，图像直观。 野外测量时，根据探测区域的需要布置足够的测线，然后在测线的各测点上利用程控电极转换装置和微机工程测量仪实现数据的快速和自动采集，同时须进行地形测量。将外业测量数据输入微机进行内业处理，并进行地形校正后，给出关于地形断面的图示结果，由专业人员结合相关资料进行解释分析[10-11]。

2 工作方法技术 EH-4野外测量多采用剖面法。剖面法是在垂直于构造走向的剖面上，连续地进行类似单点的测量，根据标量测量或张量测量的设计，所测参数个数可为2~4个。 EH-4电磁成像系统由发射系统、接收系统和控制系统三大部分组成。其中发射系统主要由发射天线、发射机和控制开关组成；接收系统主要由前置

放大器、电磁传感器及附属设备组成；控制系统主要由主机及系统软件组成，系统软件有数据采集控制和资料处理两大功能。其野外工作装置布置见图1。野外实测时，以测线方向为x轴，垂直测线方向为y轴，在测点上沿x、y方向布置两组相互正交的高频磁探头和电极，采用“十”字形方式布极。根据地形、地物条件，各个测点的电极距为8~20m不等，布极方向分别平行和垂直于测线。同样，磁传感器也分别平行和垂直于测线。磁棒离前置放大器应大于5 m，为了消除人文干扰两个磁棒要埋在地下至少5 cm，用地质罗盘定方向使其相互垂直，误差控制在士2°以内，且水平。所有的工作人员要离开磁棒至少10 m，尽量选择远离房屋、电缆、大树的地方布置磁棒。电、磁道前置放大器放在测量点上，即两个电偶极子的中心，为了保护电、磁道前置放大器应首先接地，远离磁棒至少10 m。主机要放置在远离前置放大器至少20 m的一个平台上，操作员最好能看到前置放大器和磁棒的布置。测量过程中，要保证各个电极接地良好并尽量避免周围环境中的不利因素的影响，如人工电场等。

图1 EH-4电磁成像系统工作装置布置 Fig.l layout sketch of EH-4 electromagnetic image system

3 数据的采集与处理

对野外采集的时间序列的数据进行预处理后，通过傅氏变换转换为频域信号，再进行分析。即通过对时间域采集的两个电场分量Ex、Ey，两个磁场分量Hx、Hy，进行傅氏变换，获得电磁场频域的实分量、虚分量。然后计算各频带的视电阻率，电场磁场的振幅，相位差及全信息相干度等，并现场进行一维Bostic反演。对数据质量不可靠的点，可以采取增加叠加次数及其他措施来改善数据质量。在一维反演的基础上，室内资料处理中采用了Robust估计方法处理时间序列资料，Robust估计的基本原理是使预测值与观测值之间的误差最小，

接收机 电池 地线

Ey1 Hy HX

电、磁前置放大器EX

Ey Ex1

EX0 Ey0

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EH4 电磁成像系统在砂岩地区勘查地下水的应用研究

EH4 电磁成像系统在砂岩地区勘查地下水的应用研究

EH4电磁成像系统在砂岩地区勘查地下水的应用研究伍　岳(核工业北京地质研究院,北京　100029)摘　要　EH4电磁成像系统是1套电磁自动采集和处理系统,它是CSAM T 和M T 的结合体。

本文介绍了EH4电磁成像系统的原理、特点和该系统在砂岩地区,如内蒙、新疆、云南等地区进行地下水勘查的应用实例和效果。

关键词　EH4电磁成像系统;电阻率;地下水电磁勘探方法随着仪器的改进与完善,勘探的效率也在提高。

EH4电磁成像系统依靠其先进的电磁数据自动采集和处理技术,将CSAM T 和M T 方法结合在一起,实现了天然信号源与人工信号源的采集和处理。

2种数据互相补充,可以提高地下水勘查的效果。

1　EH4电磁成像系统方法原理EH4电磁成像系统属于部分可控源与天然源相结合的1种大地电磁测深系统。

深部构造通过天然背景场源成像(M T ),其讯息源为10Hz ～100kHz 。

浅部构造则通过一个新型的便携式低功率发射器发射1～100kHz 人工电磁讯号,补偿天然讯号的不足,从而获得高分辨率的成像。

将大地看作水平介质,大地电磁场是垂直投射到地下的平面电磁波,则在地面上可观测到相互正交的电磁场分量为E x ,H y ;H x ,E y 。

通过测量相互正交的电场和磁场分量,可确定介质的电阻率值。

其计算公式为〔1〕ρ=15f E xH y 2(1)式中,f 为频率,单位Hz ;ρ为电阻率,单位Ω・m 。

由于地下介质是不均匀的,因而计算的ρ值称为视电阻率值。

探测深度理论上为一个趋肤深度,计算公式为δ≈500ρ/f (2)δ为趋肤深度。

上式表明,电磁波的透入深度随电阻率的增加和频率的降低而增大。

2　电磁成像系统的特点EH4电磁成像系统与其它物探方法相比,具有以下一些特点:1.采用人工场源与天然场源共同作用的方式,人工场源弥补了天然场源的在某些频段的不足,使该系统在10Hz ～100kHz 的范围内获得连续的有效信号。

人工场源对解决浅部地质问题尤为有用。

EH-4大地电磁测深法在某铜矿普查中的应用

EH-4大地电磁测深法在某铜矿普查中的应用

EH-4大地电磁测深法在某铜矿普查中的应用作者：安岩邹建谢志勇来源：《科技视界》 2014年第13期安岩1 邹建2 谢志勇1（1.核工业西藏地质调查院，四川成都 610000；2.四川省核工业地质调查院，四川成都610000）【摘要】现今使用EH-4仪器进行大地电磁测深法勘，因其轻便、高效、勘探范围大、不受高阻层屏蔽对高导层分辨能力强; 横向分辨能力较强，而测获得了广泛的应用。

在对某铜矿普查项目中，通过对测深资料的分析，能够较为准确的区分基岩和目标层。

再通过与高精度磁测异常的印证，进而圈定下一步重点工作区。

【关键词】EH-4大地电磁测深;轻便;高效;高阻层屏蔽0 前言铜是国家建设不可或缺的战略资源，随着国民经济建设的加快，对铜的需求也日益增大。

目前铜矿资源的已知储量越来越少，这就需要我们对铜矿资源的进一步勘探。

地球物理勘探史地球物理学应用于探测地下地质构造和寻找有用矿产方面的一个分支，是综合性地质调查的重要组成部分，其通过对地球物理场和岩（矿）石物理性质的研究来解决地址问题。

大地电磁测深是天然交变电磁场为场源，研究地下电性结构的地球物理勘探方法。

在众多地球物理勘探方法中，由于它成本低廉，操作轻便，尤其是不受高阻层屏蔽，勘探深度较大，而得到了广泛的应用。

1 EH-4大地电磁测深的基本原理20世纪90年代由美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的新一代电磁仪——EH4型StrataGem电磁系统，能观测到离地表几米至1000米内的地质断面的电性变化信息，基于对断面电性信息的分析研究，可以应用于地下水研究、环境监测、矿产与地热勘察，以及工程地质调查等。

该仪器设计精巧、坚实，特别适合地面二位连续张量式电导率测量，在技术上率先突破传统单点测量壁垒，走向电磁测量拟地震化、联合二位连续观测和资料解释。

可以用于单点和连续剖面测量，完成各测点测量后，可获得电场功率谱、视电阻率、相位、相关度、一维反演等资料。

EH4电磁成像系统在吉口隧道勘察中的应用

EH4电磁成像系统在吉口隧道勘察中的应用

EH4电磁成像系统在吉口隧道勘察中的应用摘要：本文介绍了大地电磁测深的基本原理、工作方法和资料分析，并结合地质、钻探等手段，成功解释出了吉口隧道岩性分布和地下水及断层破碎带的位置，经验证物探成果与实际地质情况吻合较好，说明该方法是隧道勘察中一种行之有效的手段。

abstract： this paper mainly introduces the basic theory，operating method and data processing of the magnetotelluric sounding. this method successfully make clear the lithology distribution and fault fracture of ji kou tunnel. moreover，the geophysical exploration results are consistent with actual geological condition.关键词：大地电磁；eh-4；趋肤深度；bostick；电阻率剖面key words： telluric electromagnetic；eh-4；skin depth；bostick；resistivity section中图分类号：u45 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）06-0033-020 引言随着高速公路施工技术的发展提高，长大、深隧道不断增加，地质勘探难度增大。

在地震折射法获取岩体纵波速度遇到困难时，根据岩石电阻率差异进行隧道围岩分级是十分必要的。

大地电磁测深法可有效获得地下数米到数千米地层的电性参数，通过对深部地层电阻率分布形态进行分析，可以有效推断地质构造、划分地层岩性、圈定岩石裂隙发育区。

1 基本原理1.1 工作原理大地电磁法是利用太阳风等入射到地球上的天然电磁场信号作为一次场激发场源，且视为垂直入射平面电磁波，由电磁场理论可知，大地介质中会产生感应电磁场，此感应场与一次场是同频率的，引入波阻抗z。

水文地质调查中高频大地电磁测深法(eh-4)的应用

水文地质调查中高频大地电磁测深法(eh-4)的应用

1 勘查区水文地质与地球物理学特征
本次开展水文地质地区位于青海省东南部拉脊山 山 脉 处 ，深 居 内 陆 ，远 隔 海 洋 昼 夜 温 差 大 ，属 于 典 型 的 半干旱大陆性气候区。按照地貌成因和形态特征，可以 工作区为侵蚀构造中高山，山体走向与构造线方向一 致，海拔 3500~4400 m，相对高差 600~800 m，基岩裸露， 寒冻风化作用强烈。在重点调查的中高山地带主要出 露的地层为寒武系（∈）、白垩系（K）和第四系地层。寒 武系（∈）地层主要由灰绿、暗绿色变质安山岩、安山凝 灰岩等组成，白垩系（K）地层主要由砾岩、砂砾岩、砂岩 及页岩等组成，第四系地层主要由黄土状土、砂砾卵石 及草甸土组成。
作者简介：苏世杰（1991-），男，甘肃临洮人，大学本科，助理工程师，主要从事水工环矿物探技术工作。
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第1期
苏世杰：水文地质调查中高频大地电磁测深法（EH-4）的应用
3 推断解释
本次工作运用高频大地电磁测深法（EH-4），勘测 了 1条剖面，41 个物理点。以 185毅方位，由北向南沿沟 谷布设，剖面地势北高南低。从剖面 EH-4 反演图可以 看出，剖面电阻率等值线横向差异明显，剖面距 0耀600m 电阻率值高（籽=300~1000 赘·M），推测其岩性为凝灰岩，
地层、岩石物性是物探解释的基础和依据，它的变 化是引起地球物理方法曲线形态特征变化的主要因 素。本次资料解释主要依据工区已有钻孔柱状图、测井 资料和实测物性数据综合分析得出，该工区第四系（Q） 草甸土电阻率值相对较低，是整个工区表部的中低阻 电性特征，其值为 60~170 Ω·m。白垩系（K）砂岩，电阻 率相对较低，是本次高频大地电磁测深法（EH-4）探测 有效深度内的低阻值电性层，电阻率在 80 Ω·m 左右。 寒武系（∈）凝灰岩，电阻率值相对较高，是本次高频大 地电磁测深法 （EH-4） 探测有效深度内的高阻值电性 层，电阻率在 300~1000 Ω·m，由于断层影响，在凝灰岩