曹勝洪

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，我國對能源的消耗和需求量不斷增加。煤炭作為黑金，其在我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。我國的煤炭儲量較多，技術(shù)人員在進(jìn)行煤田開發(fā)時需要對其水文環(huán)境進(jìn)行科學(xué)調(diào)查，保證煤田開發(fā)的安全性，文章將對煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：煤田；水文地質(zhì)；瞬變電磁法；應(yīng)用

1 煤田水文地質(zhì)調(diào)查概述

1.1 煤田水文地質(zhì)探查概述

改革開放之后我國經(jīng)濟(jì)和社會得到快速發(fā)展，各行各業(yè)都進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的歷史時期。經(jīng)濟(jì)的持續(xù)繁榮增加了對能源的需求。煤炭是我國重要的能源之一。煤炭資源的開發(fā)和利用能夠極大的促進(jìn)社會的發(fā)展，維護(hù)我國的能源安全。但是我國煤田較多的儲存在較深的地層之中，由于各個地方的地質(zhì)條件不盡相同，技術(shù)人員在進(jìn)行煤炭資源的開采利用時需要加強(qiáng)對煤田水文地質(zhì)條件的勘察，制定出最為科學(xué)的開采方案，最大限度的保障作業(yè)人員的施工安全，提高煤田開采效率，增加企業(yè)的投資效益。

1.2 瞬變電磁法概述

上世紀(jì)由蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)明的時域電磁探測技術(shù)能夠探測深度較大的礦井，且其縱向探測的分辨率比較高，因此在礦產(chǎn)資源的開發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用。瞬變電磁法是當(dāng)前煤田水文地質(zhì)調(diào)查技術(shù)人員應(yīng)用較多的技術(shù)手段，其能夠探測的深度范圍較大，能夠有效分析不同地質(zhì)環(huán)境下的水文地質(zhì)情況，因此這種方法在我國油田開采、地?zé)豳Y源開發(fā)、煤田開發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用。

2 煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法的應(yīng)用分析

2.1 瞬變電磁法技術(shù)原理

在我國的煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法得到廣泛的應(yīng)用，其利用線路中不接地回線或接地線源脈沖磁場，在勘測區(qū)向地下發(fā)射一次電磁場，發(fā)射電磁場后利用電磁線圈接受地下良導(dǎo)地質(zhì)體產(chǎn)生的二次渦旋電磁場，根據(jù)其二次電磁場時域空間內(nèi)的分布特性，對地下礦藏以及地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行判斷和分析。從而能夠?qū)γ禾锼牡刭|(zhì)的不同層面進(jìn)行探測和分析。瞬變電磁法能夠充分利用地質(zhì)體良導(dǎo)效應(yīng)進(jìn)行響應(yīng)，這種方法能夠?qū)γ禾锏拿簩禹數(shù)缀畬舆M(jìn)行科學(xué)的劃分，還能夠?qū)γ簩有螒B(tài)及陷落進(jìn)行探測，以及對煤田斷層及其裂隙的導(dǎo)水性進(jìn)行判斷和評價。瞬變電磁法的穿透能力很強(qiáng)，其在探測時能夠覆蓋較大的區(qū)域，并且受地形的影響較小，適應(yīng)能力較強(qiáng)。瞬變電磁法是時域內(nèi)的測量方法，其測量速度比較快，工作效率和精度都比較高。

2.2 煤田地質(zhì)水文調(diào)查中瞬變電磁法特點

（1）分辨率高：由于觀測的是純二次場，可在近區(qū)觀測，可采用同點組合（重疊回線、中心回線法）法和大定源回線觀測，與探測目標(biāo)耦合好，取得的異常幅度強(qiáng)、形態(tài)簡單、分層能力強(qiáng)。（2）勘查的深度范圍大：在目前的技術(shù)條件下，勘查范圍淺可至幾米、深可達(dá)一千米；隨著采集儀器、資料處理解釋方法的進(jìn)步，勘查深度范圍還能進(jìn)一步的擴(kuò)大。（3）地形影響較?。涸诟咦鑷鷰r地區(qū)地形起伏引起的假異常較??；在低阻圍巖地區(qū)，由于是多道觀測，早期地形影響也較易識別。（4）信息豐富：剖面測量與測深工作同時進(jìn)行，提供的地電信息豐富，便于資料的解釋。（5）資料信噪比高：人工源方法，且可很容易地實現(xiàn)多次疊加（可達(dá)幾百次至幾千次），資料信噪比較高。（6）適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)：由于可采用不接地回線發(fā)射與接收，不存在接地電阻問題，在基巖出露區(qū)、凍土帶、沙漠、水泥路面、江河湖海水面上均可進(jìn)行測量。具有適用范圍廣、施工方便、工作效率高的特點。（7）應(yīng)用領(lǐng)域廣：瞬變電磁法可解決的地質(zhì)問題有能源、礦產(chǎn)勘查、水文、工程、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、考古探測等。

2.3 煤田水文地質(zhì)瞬變電磁法勘探技術(shù)的工作方法及測網(wǎng)布置探析

瞬變電磁法的測量裝置由發(fā)射回線和接收回線兩部分組成，常用的地面測量裝置有三種：（1）同點回線裝置，根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈的相互位置不同，又可分為重疊回線（圖1a左）和中心回線（圖1a右）兩種裝置形式裝置；（2）分離回線裝置，也稱偶極裝置（圖1b），發(fā)射回線和接收回線保持一定的距離，兩回線的尺寸可以相同，也可以不同；（3）框-回線裝置又稱大回線定源裝置（圖1c），發(fā)射回線采用邊長數(shù)百米的矩形回線，在回線內(nèi)外布置測線，用小型線圈或探頭沿測線觀測。

一般會使用大回線定源裝置進(jìn)行測量，其方法便于施工，施工速度快，勘查深度大、施工效率高的優(yōu)點。

測網(wǎng)要沿著測線中心方向布設(shè)測量，應(yīng)垂直構(gòu)造布置測線。瞬變電磁法施工前必須進(jìn)行試驗，實驗內(nèi)容如下。

（1）儀器穩(wěn)定性試驗：確定儀器是否能滿足本次TEM法勘探技術(shù)質(zhì)量要求。（2）參數(shù)選擇試驗：通過一定數(shù)量點試驗，選擇合適的采集參數(shù)。包括：發(fā)射邊框大小試驗、發(fā)射頻率試驗、發(fā)射電流試驗、高壓線的影響范圍等。（3）方法有效性試驗：通過在已知鉆孔附近開展剖面試驗工作，檢驗采集參數(shù)的合理性及方法的有效性。（4）噪聲調(diào)查試驗：為了更好地對數(shù)據(jù)采集質(zhì)量進(jìn)行評價，進(jìn)行背景噪聲測量，了解勘探區(qū)噪聲環(huán)境，為后期的資料處理提供依據(jù)。

3 實例分析

2014年在山西省陽泉市某一小煤礦進(jìn)行了瞬變電磁法地面找水勘探，共設(shè)計25條測線，網(wǎng)度為：線距為40m，點距為20m，供電線框300m×320m。

由于9號煤層埋藏較淺，露頭位置存在私采現(xiàn)象，受采動影響，煤層頂、底板遭到破壞致使裂隙發(fā)育，可能導(dǎo)通大氣降水，局部形成富集，威脅煤層的開采。

通過對全區(qū)25條測線視電阻率斷面圖和9號煤層視電阻率順層切片平面圖及已知地質(zhì)資料等資料進(jìn)行的綜合分析等資料綜合分析，認(rèn)為全區(qū)采空區(qū)低阻異常特征相對明顯，規(guī)模異常在縱斷面呈現(xiàn)為等值線梯度較大，在平面上電性差異明顯，這些為評價采空區(qū)富水性提供了充分的電性依據(jù)。主要成果如下。

Ⅰ類強(qiáng)富水區(qū)：該類異常區(qū)面積大，視電阻率值相對較低，或構(gòu)造發(fā)育的有利部位，根據(jù)其分布分別標(biāo)記為Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅰ5、Ⅰ6，其中Ⅰ1富水區(qū)面積約為59600m2；Ⅰ2富水區(qū)面積約為7800m2；Ⅰ3富水區(qū)面積約為77700m2；Ⅰ4富水區(qū)面積約為6400m2；Ⅰ5富水區(qū)面積約為8300m2；Ⅰ6富水區(qū)面積約為8700m2；富水區(qū)面積約為168500m2。

Ⅱ類強(qiáng)富水區(qū)：位于Ⅰ類強(qiáng)富水區(qū)外圍，根據(jù)其分布分別標(biāo)記為Ⅱ1、Ⅱ2，其富水區(qū)總面積為410500m2。（見圖2）

4 結(jié)束語

煤炭資源作為重要的能源來源，其在工業(yè)革命之后一直為世界上各行各業(yè)最為重要的能源資源。我國煤炭資源較為豐富，煤炭長期為我國經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展發(fā)揮較為突出的作用。但是煤炭資源開采需要在嚴(yán)格、科學(xué)的調(diào)查研究之后才能安全進(jìn)行，才能充分保證開發(fā)的安全性和高效性。文章對煤田地質(zhì)水文調(diào)查瞬變電磁法的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行探討，希望能夠提高煤田資源勘察的科學(xué)性和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]姜彥，王永田.煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法的應(yīng)用探究[J].地球，2014（1）.

[2]黃力軍，陸桂福，劉瑞德.電性源瞬變電磁法在煤田水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報，2004，1（2）：174-177.

[3]楊彥成，郭君婷.煤田水文地質(zhì)調(diào)查中電性源瞬變電磁法的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（6）.

[4]崔連軍，梁爽.瞬變電磁法在煤礦水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用[C]//中國地球物理學(xué)會年會，2008.