瞬变电磁法在钻井探测中的应用

王丽红，肖宏跃，卜 璐，贺 月

（成都理工大学地球物理学院，四川 成都 610059）

矿山地质勘探与工程施工中经常会遇见不良地质现象[1]。由于地质灾害的发生具有不确定性、隐蔽性和随机性等发育特点，所以在矿山施工建设中，仅仅想要通过钻探的手段来探测矿区内的裂隙发育及溶蚀等不良地质情况是很难实现的，且成本较高、效率较低，难以达到理想的探测效果，所以在此基础上，就需要借助工程物探手段来进行探测。在矿井深部探测中，瞬变电磁法是一种快速，有效的物探方法，由于其穿透能力强、分层能力强、受随机干扰小、信息丰富、分辨率较高、探测深度深等特点，显著提高了该方法的探测能力，在钻井探测中得到了广泛的应用[2]。

1 瞬变电磁法工作原理

瞬变电磁法也称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods，简称TEM)，是感应类电法的一种，它是利用接地线源（电偶源）或不接地回线（磁性源）向地下发射一次脉冲磁场（一次场），在一次磁场间歇期间接收地下地质体中感应涡流产生并随时间变化的感应电磁场（二次场）。简单来说，其基本原理就是电磁感应定律。

2 工程实例

2.1 工区地质概况

根据此次勘查矿区地质资料显示，区域内地层特性较简单。该地区场内覆盖层主要为第四系坡残积（Q4dl+el）、冰水堆积（Q3fgl），该覆盖层主要包含两层土层结构，土层一为耕土[3]，主要由坡体和土体表层粉土和粉质粘土等构成，该土层内含有大量植物根系，层厚度约为0.3m～0.8m。土层二为块状碎石土，碎石的颜色主要呈现为灰白色或灰色，其湿度较高，该土层碎石的粒径较小，一般在2cm～10cm之间，但是局部碎石土粒径能达到20cm，且呈棱角状。覆盖层下面是基岩层，其中白云岩和千枚岩等是基矿层的主要矿物特性[4]。

2.2 仪器设备和测线布置

本次矿井勘探所采用的仪器是湖南五维地质科技有限公司自主研发的新一代HPTEM-08高精度瞬变电磁系统，该探测系统能对矿井浅层地质勘探能取得较好的效果且抗电磁干扰的能力较强。在本次探测中，测线根据不同的高程一共布设5条瞬变电磁剖面，各测线中的点距为5m。该仪器采集数据的主要参数设置为：天线装置上发送线圈和下发送线圈半径均为0.3m，上、下发送线圈的间距为0.4m；发送电压、发送电流及发射频率分别为12V、10A、50Hz；接收线圈的直径及接收的有效面积分别为0.5m、200m2；其关断时间为0.04ms，叠加周期为1000次。

2.3 资料成果解释

瞬变电磁实际观测的数据是每个测点在每个测道的瞬变感应电压，要想对资料进行下一步处理和解释，就需要将瞬变电磁数据转换为视电阻率、视深度等参数，其中瞬变电磁数据的处理内容主要包括以下几个方面，即滤波处理、关断时间校正、视电阻率的计算以及地形校正等[5]。

通过对采集数据的处理得到测线3的剖面，测线布设走向与等高线走向大致符合，其总长为270m，点距为5m。经过测试及分析处理得到测线3的剖面成果测试图，如图1所示。

图1 测线3探测成果图

从图中可以看出，该剖面属于二层结构，表层为覆盖层，由破碎矿物、土等构成，该覆盖层高程位于1700m～1710m；表层下面是基础矿层，矿层的电阻率分布范围在500Ω.m～5600Ω.m。其中桩号段为0+55～0+85m高程为1670m～1700m以及桩号段为0+145～0+165m高程为1675m～1700m的两个区域内的矿层电阻率相较于该深部矿层内其他区域的电阻率更低，电阻率分布范围主要在350Ω.m～800Ω.m，在桩号段为0+240～0+260m高程为1600m～1640m的区域内的矿层电阻率较低，电阻率分布范围主要在1000Ω.m～1200Ω.m，由此推测该区域为矿体较破碎、裂隙发育地区。

采用瞬变电磁法进行探测之后，结合深部矿井的钻井资料说明，验证了该段地质侵蚀区的存在，与瞬变电磁法勘查解释结果相符合。可以得到瞬变电磁法（TEM）在深部钻井探测中效果较好，是比较成功的，达到了勘探的目的。

3 结论

本文中通过上述工程实例的资料解释，证实了瞬变电磁法在钻井探测中的可行性并突出了该方法在矿井深部区域探测中的特点。并且将瞬变电磁法与钻井资料判断出裂隙发育区域位置，不仅对钻探工作量进行了优化和减少，节约了一部分成本，而且还能快速、高效的对异常地质体进行定量、半定量的解释。由此可见，瞬变电磁法在钻井探测中是一种快速、有效的物探方法，可以广泛的推广应用。