瞬变电磁法在矿井水文地质勘探中的应用分析

韩设民

江西省冶金设计院有限责任公司，江西南昌 330046

0 引言

长期以来瞬变电磁法是矿井勘探中应用最广的勘探技术，瞬变电磁法本身具有的高效率、低成本、精度高的特点因而在矿井水文地质勘探中得以大力发挥。瞬变使得人们更快速、更方便地了解矿井水文地质结构，从而为进一步地煤矿开采打下了坚实的基础。

1 瞬变电磁法的工作原理

瞬变电磁法是一种通过观察地质结构或水文结构的自身差异来判断水文地质的方法。瞬变电磁法主要是通过不接地回线和接地线缘发送地下一次脉冲场，然后再通过一次脉冲场来激励标的物产生二次场，二次场是在地下良导地质体被激励下，产生的不稳定磁场。瞬变电磁法对于地下地质结构的了解，主要是通过接受二次场在一次脉冲间歇之际的发送。

瞬变电磁法在矿井勘探中，被广泛应用在寻找矿井水源、积水老窑和涌水水道中。在传统的勘探开采中，针对高阻围岩中的低阻地质气体的寻找尤其是一个难题。但是利用瞬变电磁法由于其自身对于低阻地质气体很敏感因而它可以很方便地找到这一气体。瞬变电磁法具有自动消除噪声的功能，它对现实地形的影响也极低，它可以实现和探测目标的有效耦合。这种方法看似简单，但是它的分辨能力极强。

2 瞬变电磁法施工

在瞬变电磁法的施工中要重视的一是施工仪器，二是施工方法的选择。施工仪器的选择，直接决定着施工效率，影响着施工进度的快慢。慎重选择施工仪器是施工的首要步骤，也是重要步骤。在施工过程中，针对施工方法的选择也呈现这样的特点，施工方法的选择必须根据矿井自身的实际状况来进行选择。

1）施工仪器

在选择施工仪器的时候，一般都采取的是TEM-47（增强型）瞬变电磁仪，这种电磁仪它的探测精度高，基本上可以全范围的探测，盲区很小。在进行参数设置时，接收机PROTEM-RECEIVER 的时间门一般都会设置成二十比三是。系统分辨率则要设置成为29 位，发射机的频率一般是30，15，285Hz。

2）施工方法的选择

在施工前要专门确定施工方法，只有在施工方法确定了以后，才能施工，这样可以避免施工过程中，因为各种因素而不知所措。确定科学地施工方法是提高施工效率的重要保障。在采用瞬变电磁法施工的时候，一般均采用的是偶极布置方式，偶极布置方式具有精度高的特点，适合在运输巷道条件下施工。瞬变电磁法在施工过程中对于地下低阻地质异常体非常敏感，它在判断水层、富水性和水文地质构造中应用最广泛。

3）工程资料数据的收集和整理

在施工过程中，要加强对原始资料的收集，要及时根据已经测到的数据进行微机处理，对于每个每个地理测点测到的数据要及时进行整理，及时通过微机计算，并绘制出电阻率断面图。电阻率断面图的精确绘制能为将来的定性分析和定量分析提供重要依据，是进行科学勘探的首要步骤。在数据处理的时候，首先要把畸变点排除出去，其次要利用各种预处理软件如TEM Pro，进行处理。同时还要对二次电位进行更为详细地内插，通过内插来实现更细致地分层，并计算出电阻率。在计算出电阻率后，在利用SURFEER 等软件来绘制模型图。

利用瞬变电磁法所得的各个数据点的数据，并不能直接进行解释，还需要把它变为视深度、视电阻率等主要参数。只有在进行充分转换后，才能进行资料解释。资料的处理也包含多个步骤，它是通过多步骤地执行最终完成的。资料处理主要包括滤波、关段时间校正、视电阻率的计算、反演、地形校正、绘制图件等步骤。在处理完各种数据后，形成电阻率断面图和水文平面图。矿井工作人员可以根据这两幅图中所呈现的特点，特别是要通过观察地层相对高低电性的分布并结合矿井实际水文地质资料，来得到矿井富水性和矿区水文地质结构的立体分布信息，富水性能是根据水文地质结构的立体分布信息算出来的。

瞬变电磁法施工主要包括的环节是施工前施工仪器的选择和施工方法的制定，而后就是资料的整理和数据的处理。施工阶段是数据处理的基础，数据处理是为了更精确地分析矿井水文地质结构。

在考察完资料收集的整体步骤后，再来了解一下目前我国瞬变电磁法的解释技术，是做好数据处理的关键。瞬变电磁法的即使技术主要是通过一维反演和二维反演。这两种解释技术是是目前最为成熟也是应用范围最广的技术，三维反演技术虽早已提出，但是由于其技术还不成熟且限于资金实力，它离实际应用还有很大差距。三维正演是目前比较完善的技术，它主要是通过积分方程、有限源和有限差分算法来实现。目前，二维、三维正反演面临的最大难题是正演计算量过大的问题。

3 运用瞬变电磁法需要注意的地方

在运用瞬变电磁法的过程中，我们会遇到许多问题。在长期的实践中，人们积累了不少宝贵经验，这些经验是做好瞬变电磁法的保障，我们在运用瞬变电磁法进行矿井水文地质勘探的时候，应对这些问题予以重视。

1）施工前要做好充分调研。施工前，地质勘探人员必须要结合矿井的实际地貌地质条件，选择非常具有典型意义的点位进行仪器稳定性试验，发射频率试验和固定增益试验。之所以要在开工前进行上文的一系列试验，主要是为了在施工过程中，更加精确地掌握矿井的水文地质结构，这样能保证数据的真实性；

2）在对矿区的水文地质结构及水层的富水性能，作出定量分析或者是定性分析时必须要和矿区的实际情况结合在一起，来进行考察。在施工前或者在施工过程中，要认真研读矿区水文地质构造的相关资料以及矿区附近的采掘资料。这样做能使勘探结果更精确；

3）瞬变电磁技术还有待进一步研究。虽然说瞬变电磁法具有上文提到的多种功能，但是在地质勘探中，我们也会发现瞬变电磁法还有很多值得改善的地方。例如，瞬变电磁法受地形的影响很大，它对小于十米的断层异常，在竖向反应上不是太敏感。最值得注意的是瞬变电磁法分层能力是受很大限制的。间距在十米左右的富水性能，它基本不起作用。这种现象值得我们重视。以上种种缺陷都说明，瞬变电磁技术还有待进一步研究。

瞬变电磁法自身具有非常多的优点，它在矿井水文地质勘探中应用广泛，我们在运用瞬变电磁法的时候，一定要以严谨科学地精神来对待。

[1]于景邨，刘志新，刘树才，汤金云.深部采场突水构造矿井瞬变电磁法探查理论及应用[J].煤炭学报，2007(8).

[2]刘志新，于景村，郭栋.矿井瞬变电磁法在水文钻孔探测中的应用[J].物探与化探，2006(1).