瞬变电磁法在高压线附近的采空区勘探中的应用

王成龙 黄子莹 刘志彬

(河北省水文工程地质勘查院 石家庄 050021)

瞬变电磁法(TEM)仪器装置类型在采空区勘探时常用的主要有两种：小功率的大线框工作装置(以下简称大线框)、大功率的小线框装置(以下简称小线框)。本文基于太行山上党盆地西部某煤矿采空区勘探实例，选用瞬变电磁大线框和小线框工作装置结合，将二者的优势和缺点互补，精确定位了异常体的位置与形态，达到了本次勘探的目的。

1 项目概况

勘探区为新的煤炭资源开发区，位于太行山中段西侧的上党盆地西部，地势较为平缓。根据周边出露及钻孔揭示，可知地层由老到新有奥陶系、石炭系本溪组与太原组、二叠系与第四系；设计主采太原组3#煤和15#煤，区内已知2条断层和3个陷落柱。

勘探区地表干扰主要外围有1个变电站，且有110 kV高压线穿过测区，所以本次施工主要干扰源来自高压线。

本次勘探的地质任务是基本查明3#煤及15#煤层的采空区及采空充水情况。

2 背景场分析

针对高压线线状干扰，收集背景场的信噪比尤为重要，本次选用瞬变电磁法两种线框进行数据采集，并针对高压线干扰进行了试验测试，对比分析两种装置类型的抗干扰程度，主要分析高压线附近的地质体电性异常情况。采集后得出高压线为中心的背景场如下表。

干扰噪声调查数据统计表

从表中可知，小线框背景场随高压线的距离衰减较快，说明高压线对小线框的背景场影响相对较小。

3 工作思路

测线布设原则为垂直高压线走向方向布设测线。

由于大线框在没干扰或干扰较弱的地区有较高的信噪比和较好的一致性等优点，而小线框背景场随干扰源的距离衰减较快，所以选用瞬变电磁大线框和小线框工作装置相结合，即利用小线框对高压线两侧附近测点进行数据采集，利用大线框对其余测点进行数据采集。经各自处理软件独立进行解译、反演、相关计算，对成图数据按测点顺序组合在一起，用Surfer软件将组合后的数据生成电阻率剖面图，圈定异常体的位置与形态。

4 工作参数

4.1 大线框

仪器采用美国ZONGE公司生产的GDP-32II多功能电法仪，工作装置采用大定源框内回线；发射边框840 m×840 m ；接收装置为探头式(线圈等效面积10000 m2)；发射电流为26 A；发射频率为4 Hz；叠加次数为128次。

4.2 小线框

仪器使用西安强源物探研究所生产的EMRS-3B型微机电磁勘探仪，工作装置为重叠回线装置；发射边框为3 m×3 m；接收边框为3 m×3 m(6匝)；叠加次数为16次；发射电流为1800 A。

5 资料处理

数据处理内容包括以下几个方面。

5.1 基本处理

关断时间校正，干扰的消除及背景值校正；曲线的圆滑。由于各类干扰的影响，往往使实测V/1曲线尾枝出现波动，为此必须对实测曲线进行圆滑。

5.2 定性图件绘制

由预处理的资料经计算得到，利用计算机绘制各剖面，拟断面等值线图及平面图，供解译用。

5.3 半定量解释法

其采用电导解释法。

5.4 定量解释法

包括正演模型的建立和反演计算。

5.5 数据组合

利用两种线框装置重叠观测点计算出二者的二次场电压及电阻率相关系数，利用相关系数将小线框电阻率重新计算，最后将二者的电阻率数据按测点顺序组合在一起。

6 两种线框成果对比分析

经过各自的软件的原始资料整理，数据格式的转换，滤波(去伪存真)，反演成视电阻率断面图，分别得出两种方法的各自的电性特征。

6.1 单点曲线的对比分析

下图左侧是小线框的单点曲线，右侧是大线框的单点曲线，横轴为测道数，纵轴为电压(mV)。大线框受高压线的影响大约为100 m，小线框受高压线的影响范围大约为40 m。在高压线附近的同一测点处，小线框的曲线也相对圆滑，说明小线框受干扰程度相对较小(图1、图2、图3、图4)。

图1 位于高压线正下方小线框与大线框单点曲线

图2 位于高压线外40 m小线框与大线框单点曲线

图3 位于高压线外80 m小线框与大线框单点曲线

图4 位于高压线外100 m小线框与大线框单点曲线

6.2 剖面对比分析

图5 大线框采集数据反演剖面

图5、图6为2060线的断面图，110 kV高压线位于1240点与1460点正上方，图5为整条测线采用大线框采集的数据经处理后的反演剖面。图6是采用小线框采集1140点至1560点数据，其余测点均采用大线框采集，分别将数据处理后进行数据组合得到的反演剖面。从图5与图6可以看出：对于瞬变电磁法测量，无论大线框或是小线框采集的二次场信息均有高压线产生的电磁场的干扰，但是干扰影响范围和程度有所不同。从图5中可以看出：高压线影响水平范围在1140点-1560点左右且影响深度范围较大，从图6中可以看出：高压线影响水平范围在1200点-1280点与1420点-1500点且影响深度范围较小。

图6 大、小线框组合数据反演剖面

经钻孔Z4验证，在物探圈定的异常区中心即在1480点处3#煤与15#煤之间存在采空充水。试验证明利用大、小线框采集数据，组合后成果可靠、准确，取得了较理想的勘探效果，达到了勘探目的。

7 结论

基于上党盆地西部某煤矿采空区勘查项目，本次试验选用瞬变电磁法大、小线框工作装置组合法进行采集数据，经物探解译分析并钻探验证，达到了预期的勘探效果。通过成果的对比分析，说明该组合方法有效。

高压线对瞬变电磁法大、小线框工作装置影响距离不同，一般对大线框影响距离较小线框远。

高压线对瞬变电磁法大、小线框工作装置影响深度不同，一般对大线框影响深度较小线框深。

对于有线性干扰(如高压线)的工区内开展瞬变电磁工作，利用大、小线框相结合的工作方法，可以取得相对理想的勘探效果。

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