孫文斌,郭生凱,朱廣輝

（兗礦東華建設(shè)有限公司地礦建設(shè)分公司，山東濟(jì)寧，273500）

瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method，簡稱TEM）是目前國內(nèi)外較先進(jìn)的地球物理勘探方法之一。它是根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)或地質(zhì)體本身的物性差異，研究由強(qiáng)大的脈沖電流作為場源，激勵探測目的物感生的二次場隨時間的變化，來間接判斷構(gòu)造地質(zhì)、水文地質(zhì)現(xiàn)象的一種方法。這是一種時間域的人工源地球物理電磁感應(yīng)探測方法。由于這些變化的二次場是脈沖源所感生的渦流場在地下擴(kuò)散過程中地電介質(zhì)的電磁散射場，因此包含了豐富的地電信息，通過對這些信息的提取和解釋，從而達(dá)到探測地下電性介質(zhì)的目的。

1 瞬變電磁法工作原理

瞬變電磁法（TEM）是利用不接地回線或電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場的空間和時間分布，來解決有關(guān)地質(zhì)問題的時間域電磁法。與其它電法相比，具有以下特點(diǎn)：第一，觀測斷電后的純二次場，克服了復(fù)雜的一次場補(bǔ)償問題，同時受地形影響較?。坏诙?，單脈沖激發(fā)就可得到多信息的整條瞬變電場衰減曲線，通過加大發(fā)射功率和多次疊加，可大幅度地提高信噪比，加大勘探深度；第三，采用不接地回線裝置，適宜于各種地理環(huán)境下的野外工作；第四，由于瞬變電磁法的探測深度僅取決于大地電阻率和儀器的采樣時間，故可通過調(diào)節(jié)發(fā)送功率、儀器采樣時間，方便地控制探測范圍；第五，采用不同的裝置形式，可以相應(yīng)地提高橫向、縱向分辨能力；第六，對發(fā)送回線的形狀、方位和點(diǎn)位要求不嚴(yán)，測地工作簡單，可通過流水作業(yè)達(dá)到極高的工作效率；第七，在高阻圍巖地區(qū)不會產(chǎn)生地形起伏的假異常，在低阻圍巖區(qū)，由于是多道觀測，早期場的地形影響也較易分辨。

而在煤田水文勘查中，則常用的大定源回線裝置。其發(fā)射線框?yàn)檫呴L達(dá)數(shù)百米甚至千米的矩形回線，采用小型線圈（或探頭）在回線內(nèi)部中心1/3面積范圍內(nèi)逐點(diǎn)測量（見圖1）。一般采用發(fā)電機(jī)作為大功率電源，這種場源具有發(fā)射磁矩大、磁場均勻及隨距離衰減慢等特點(diǎn)，適合于深部水文勘查。

2 數(shù)據(jù)采集儀器選擇

根據(jù)本次勘探所承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)及測區(qū)對儀器指標(biāo)的要求，使用加拿大產(chǎn)PROTEM57瞬變電磁探測系統(tǒng)和北京驕鵬E60M型電法工作站（如圖2-3）。

本系統(tǒng)是目前國內(nèi)外最先進(jìn)的專用于瞬變電磁勘探的探測系統(tǒng)之一，與其他探測儀器相比，PROTEM57儀器具有發(fā)射和接收為無線連接，始終采用晶體同步，避免了使用信號傳輸線的麻煩；具有很高的動態(tài)范圍和分辨率，抗干擾能力強(qiáng)；勘探深度大；采用不同頻率發(fā)射，可針對不同的勘探深度，保證采樣精度；可同時使用多個接收探頭接收信號，對低阻體反映更為敏感、施工效率高，施工方式靈活，適用于多種地形工作。

圖1 大定源瞬變電磁法原理圖

3 瞬變電磁數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)換算

本次瞬變電磁數(shù)據(jù)處理軟件采用配套軟件包中的PROTIX與USFXLT進(jìn)行處理，反演軟件采用美國Interpex Limited公司IX1D V3.46進(jìn)行反演。瞬變電磁法觀測數(shù)據(jù)時各個測點(diǎn)各個時窗（測道）的瞬變感應(yīng)電壓，需換算成視電阻率、視深度等參數(shù)，才能對資料進(jìn)行下一步解釋。

瞬變電磁法通常都是在近區(qū)晚期測量，因此視電阻率的計算一般采用晚期公式。晚期視電阻率的公式[44]：

一般計算深度都是根據(jù)米薩克·納比吉安提出的電磁場“煙圈效應(yīng)”。當(dāng)?shù)叵掳肟臻g為不均勻分布的導(dǎo)電介質(zhì)或任意導(dǎo)電介質(zhì)分布情況下，電磁波的傳播滿足麥克斯韋方程組。在某一時刻，電磁場在地下介質(zhì)中擴(kuò)散速度的速度是：

電磁波在低阻介質(zhì)中的勘探深度小，而在高阻介質(zhì)中的勘探深度大；因此在同一個工區(qū)不同的測點(diǎn)計算的深度可能會有較大的差別。而當(dāng)?shù)乇泶嬖诘妥梵w時，由于低阻體的屏蔽效應(yīng)，勘探深度也將大大減小。

3.2 井筒與大巷區(qū)域圖件三維可視化分析

通過以三維數(shù)據(jù)體模型為基礎(chǔ)，在進(jìn)行水平、垂直以及任意方向的切片分析解釋，得到如圖2和圖3的結(jié)果，大大提高了工作的效率。

圖2 切片顯示

圖3 基于瞬變電磁法的電阻測試結(jié)果

4 結(jié)論

通過瞬變電磁法和三維可視軟件，實(shí)現(xiàn)了對2#煤層中地下水的富水性電阻的測量，從而更好的實(shí)現(xiàn)了對其中富水性的測定，為煤礦的下一步開發(fā)提供了參考。