瞬变电磁法在采空区探测中的数据处理与解释——以大同鹊山煤矿为例

张丽蕾

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

瞬变电磁法在采空区探测中的数据处理与解释
——以大同鹊山煤矿为例

张丽蕾

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

煤矿的采空区与断层探测中，瞬变电磁探测的数据经常会受到干扰。文章首先运用自动强干扰剔除，再进行横纵方向的滤波处理，并通过测井资料对比和计算机分析，对数据进行一维经验反演，查明该区域内采空区和断层的富水性，保证煤矿的安全建设与生产。

瞬变电磁法；电阻等值线；数据

在大同煤田鹊山煤矿井田南部十里河床范围内，通过井下钻探发现工作面前方存在多条断层和不同程度的偷采现象，目前小煤窑对该部分煤层的偷采程度及断层富水情况尚不明确。本文通过物理探测并对其数据综合分析研究，进一步确定该地采空区与实体煤范围，明确断层富水情况，提高井田的回采率，进而为鹊山煤矿的建设和安全生产提供可靠的地质依据[1]。

1 区域地质概况

大同鹊山煤矿所开采的侏罗纪煤层为多层赋存结构，井田范围批采侏罗系煤层3、4、7、8、11、12、14号煤层，可采煤层总厚12.82 m。井田南北长7.659 km，东西宽1.977 km，井田面积10.912 4 km2。井田东与四台沟井田相邻，南与燕子山井田相接，西与左云县乡镇小窑区相邻，北界基本为侏罗系剥蚀边界[2]。研究区处理的目标层11#和14#煤层深度较浅（60～100 m），厚度为2～3 m。

2 数据布设及采集

2.1 测点的布置

研究区内测线根据十里河床地形布置，要穿越探测对象，尽可能与探测对象的走向垂直，测点距的设置应尽可能良好反映探测目标的层（物），主要围绕“查明鹊山矿十里河床附近煤矿采空区范围富水性及断层富水性”的目的要求，采取由矿区已知采空区向未知区域追索的思路，并考虑地表形态、采空区分布、巷道走向、断层走向等诸多因素的影响。本次探测共布设9条测线（线距：50 m，3、4测线间距为70 m），侧线走向为北东38°展布，见图1，物理勘探点525个（点距：20 m）。

图1 鹊山矿十里河床瞬变电磁法展点图

2.2 探测数据采集

本次野外测量采用西安强源物探研究所生产的“EMRS-3型瞬变电磁勘探仪”。工作装置重叠回线，供电线圈为3 m×3 m，供电电流1 200 A，接收线圈为6匝8次叠加。采样程序：9测线，22测道，采集探测数据点共525个。考虑到地形影响，探测使用小型线圈，可以保证接收到地质体对电流响应的最佳数据。1 000 A以上的供电电流，使探测的地质体耦合达到最佳，保证了V2信号的信噪比。

3 资料处理及解释

3.1 资料处理

通过EMES瞬变电磁法数据处理程序，结合研究区及邻近地区的有关地质、水文、物探、测绘等资料[3],首先对野外采集的原始测点数据进行浏览，测点数据去掉文件头后，提取各条测线的多测道剖面图，就可以自动剔除强干扰，对探测数据进行定性的解释和判断。以第9测道为例，见图2。

图2 第9线多测道剖面图

3.2 测线异常分析及解释

根据野外观察和测量数据的分析，可以看出9线、各个测点的多测道剖面图中各个测道的感应二次电动势V2响应值的变化范围较大，曲线变化幅度较大，说明地层完整性较差，煤层可能含有不同程度的采空区域。通过分析多道剖面图，可以看出，测点9～53，9～42，9～32，9～7等（以测线9为例，其他测线以此类推）V2响应值明显小于正常的标准点，属于高阻特性，可以初步判断为未充水顶板完好采空位置点。9～38点，V2响应值明显大于正常的标准点，属于低阻特性，初步判定可能为局部充水或顶板破裂塌陷的采空位置点。9～47点，只在一个测道V2响应值明显小于正常的标准点，其余测道均属于V2响应值标准范围内，可以判定该点收到为干扰点，不得进行滤波圆滑处理，应予剔除。

野外数据经预处理计算得到视电阻率值，利用软件绘制测线的视电阻率剖面图，见图3。视电阻率反映的地层深度和电阻率值并不是实际的值，只是能大概反映实际地质体综合地电参数，供室内数据定性解释分析[4]。

图3 第9测线视电阻率剖面图

根据区内地质资料，综合高程1 100 m、900 m、800 m、650 m、550 m的视电阻率平面图，做出区内瞬变电磁主要异常平面图，平面图突出了研究区内的主要异常，成为定性解释的主要依据，见图4。图中可以看出鹊山十里河床研究区内高阻（深色）、低阻（灰色）分布特征。

采空区未充水异常特征：为绝对高阻异常，等值线相对密集闭合，异常中心视电阻率较高，与未采煤层视电阻率值（正常电阻率为110～130 Ω·m）相差大于100 Ω·m。

此外，采煤巷道内无金属支架，未充水的断裂构造，未充水的采空塌陷等都会引起高阻异常。因此，还应考虑实际的地质情况做出正确的推断[5]。

低阻异常是由采空区内部积水，断裂破碎带充水，或者发生了顶板破裂塌陷引起的。

3.3 对第9测线进行一维反演

大同鹊山煤矿十里河段处于山前冲击斜坡，第9测线距山前冲沟较近，所采数据可能会受到地形的影响。通过对第9测线进行噪声剔除、几何校正，得到第9测线的一维反演电阻率剖面图（见图4），可以看出，高阻区主要集中在两个区域（第一高阻异常点的位置大致深度集中在1 150 m，长度约为140 m；第二高阻异常点位置大致深度集中在1 100 m，长度约为80 m），分布范围较大，可能是由于煤层采空区引起；低阻区较少，仅在深度1 150 m，9～38测点处有极少分布。对比此处地形和水文条件可以推断，该处的低阻异常可能是由于十里河河水入渗地下，导致土壤湿润所致。

图4 第9测线一维反演电阻率剖面图

4 结论

（1）通过分析现有的地质资料，并对原始数据和室内处理的结果综合分析，结合鹊山矿十里河床的地形，数据的主要异常可能是不充水煤层采空区或是巷道引起的。研究区内的地形地貌对探测数据也有不同程度的影响，第9线主要受到山前冲沟的地形影响，出现多个低阻区（9～39等处）与冲沟对应，此外9线视电阻率平面图、剖面图以及一维反演电阻率剖面图上可以看出测线上存在几处高阻异常。

（2）地形、地表水、金属、目标物埋深等都会影响各个地层、地质体的电性特征，在对探测数据进行分析解释的时候，应该全面考虑各个可能因素，进行多测线对比，排除噪声，必要时要对探测数据进行几何校正，从而推断出地质体真实的特征。此外，分析地质体的电性特征时，要考虑到地质体埋深对其电性特征的影响，结合多测线的电阻率平面图、剖面图和已知的地质资料及物探资料，综合分析所得到的探测数据，做出符合实际地质概况的推断。

（3）通过矿方验证，表明瞬变电磁法的工作效率高,所得到的分析结果较为接近真实的地质情况。但是，物探是通过不同地质体的电阻率值反应实际的地质情况，受周边地质环境影响较大，所测到的数据则不能完全反映真实的地质情况，在煤矿建设、生产前要及时补充其他勘探方法或利用钻探对异常区进行必要的验证。

[1]牛宏,陈连城.瞬变电磁法在探测采空区灌浆范围中的应用[J].山西大同大学学报：自然科学版,2011,27(5)：78-81.

[2]牛宏,陈连城.瞬变电磁法探测近距离多层采空区技术研究[J].矿业安全与环保,2012,39(2)：39-40,44.

[3]任豫涛.瞬变电磁法在构造探测中的应用[J].西部探矿工程,2015,27(5)：94-96.

[4]冉云,刘鸿福.基于小波分析的瞬变电磁测深数据处理与解释[J].勘探地球物理进展,2010,33(4)：275-279.

[5]张西君,敖怀欢,杨胜发,等.瞬变电磁法在复杂条件下勘查地下岩溶水效果分析——以贵州大方县鼠场为例[J].工程地球物理学报，2015,12(2)：151-156.

〔责任编辑 王东〕

Processing and Interpretation of Transient Electromagnetic Data in Goaf Detection——A Case Study of Datong Queshan Coal Mine

ZHANG Li-lei
（School of Coal Engineering,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037003）

Contaminated by noises,conventional processing of transient electromagnetic sounding data fails to generate reliable interpretation in coal mined-out area.This paper analyses data by using a method automatic reject the large disturbance and process of the noises in the data,and 1-d inversion for the transient electromagnetic data by computer analysis and the log data comparison.And we discusses inversion of TEM data based on one dimension model by using computer analysis and the log data comparison.Experiments show that TEM can make sure of goaf seeper and water-rich fault.

transient electromagnetic;the resistivity isoline;data

TD167

A

1674-0874(2016)03-0070-04

2016-02-03

张丽蕾（1984-），女，山西大同人，硕士，助教，研究方向：地质。