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        不同瞬變電磁儀在礦山采空區(qū)勘查試驗效果討論

        2019-05-27 11:45:38殷保全
        世界有色金屬 2019年5期

        殷保全

        (新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局,新疆 烏魯木齊 830011)

        近二十多年來,近代電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的不斷引入,促進(jìn)了時間域瞬變電磁儀器方法技術(shù)向著智能化、高精度、大深度方向取得了重大發(fā)展。時間域瞬變電磁法應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,新技術(shù)、新觀測系統(tǒng)不斷涌現(xiàn),在金屬礦、非金屬礦、油氣藏資源勘查及水、工、環(huán)、災(zāi)害調(diào)查中取得了引人注目的地質(zhì)效果,國內(nèi)外的眾多廠家開發(fā)出了多種應(yīng)用領(lǐng)域不同、性能各異的瞬變電磁設(shè)備[1]。

        1 采用儀器設(shè)備及工作方法

        對比試驗中分別使用GDP32Ⅱ和V8多功能電法工作站瞬變電磁測量系統(tǒng),野外采集均采用中心回線裝置,觀測探頭或線圈在發(fā)射線框中心區(qū)域的均勻場,保證邊框影響減至最小[2]。在某煤礦區(qū)明顯的塌陷區(qū),試驗剖面與有鉆孔和密集巷道采空的典型地質(zhì)剖面重合。兩種設(shè)備的野外數(shù)據(jù)采集參數(shù)見表1。

        表1 GDP32Ⅱ和V8多功能電法工作站

        為了盡可能排除外界因素的影響,兩種設(shè)備采集數(shù)據(jù)時,做了如下處理:①剖面地形基本平坦,每一個線框僅觀測線框中心單一測點,產(chǎn)生的耦合最強,觀測到的是均勻場數(shù)據(jù)。②使用同一發(fā)射線框,電阻率為1.5歐姆·米,每一個測點的發(fā)射線框直到兩種儀器觀測完畢后,再移動線框至下一個測點位置。③采集點設(shè)立明顯標(biāo)志,接收探頭或線圈中心的位置相同。④一臺儀器觀測完畢,立即連接另一臺儀器進(jìn)行采集,時差極短,保證了電磁干擾環(huán)境相同。⑤為了減少環(huán)境電磁場或其它人文電磁場的干擾,在盡量不損失淺層信息的前提下,采用盡量大的發(fā)射電流,以獲取最大的激勵磁場,增加信噪比,壓制干擾(見表1)。⑥在保證早期衰減曲線不出現(xiàn)平頭的前提下,采用盡可能短的關(guān)斷延時。⑦數(shù)據(jù)預(yù)處理。

        由于斜井、采礦巷道、平硐、地上及井下電力設(shè)施、鉆機(jī)等因素的影響,首先剔除干擾信號引起的個別跳躍較大的采集道。TEM野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化計算后采用TEM PRO編輯計算時窗,依據(jù)衰減曲線掐頭去尾,導(dǎo)出預(yù)處理數(shù)據(jù)。通過IX1D V3軟件采用平滑模型、層狀模型分別進(jìn)行一維BOSTICK或OCCAM反演,再經(jīng)2D ANALYSIS二維反演生成真電阻率數(shù)據(jù)文件。初始電阻率、層數(shù)及最大反演深度等反演參數(shù)設(shè)置相同,保證了反演結(jié)果的有效對比。

        2 二次場響應(yīng)值衰減特征

        在剖面上選擇有代表性的三個測點,將歸一化感應(yīng)電場衰減曲線進(jìn)行對比(見圖1.A),發(fā)現(xiàn)GDP32Ⅱ儀器采集數(shù)據(jù)的電磁響應(yīng)值整體上高于V8采集數(shù)據(jù)的響應(yīng)值,基本在一個數(shù)量級左右,說明早期道GDP32Ⅱ采集的數(shù)據(jù)幅值大,信號強度高;中期道,兩種儀器采集的數(shù)據(jù)均出現(xiàn)了突變,但V8采集的數(shù)據(jù)變化幅度大,異常特征明顯;晚期道兩種儀器采集的數(shù)據(jù)均緩慢衰減,但是V8儀器采集時間較長,且曲線衰減趨勢平緩,信噪比較高[3]。

        3 資料的定性解釋

        從圖1.B和圖1.C兩種不同儀器采集的采空區(qū)原始響應(yīng)曲線來看,早、中期規(guī)律相似,由于淺表層第四系及強風(fēng)化破碎砂巖的影響,在剖面上1~11道感應(yīng)電壓信號非常強,曲線平穩(wěn),剖面中部略向下凹陷,僅在個別測點有較大幅度,反映高阻地質(zhì)體的異常,說明淺層存在采空區(qū),與煤礦密集的采煤巷道吻合較好。隨著時間的推移,探測深度相應(yīng)增大,感應(yīng)信號越來越弱。中晚期(11道以后),響應(yīng)曲線形態(tài)變化劇烈,不同儀器采集的曲線形態(tài)受到不同程度的干擾影響。GDP32Ⅱ采集的原始數(shù)據(jù)電磁響應(yīng)幅值較高,但曲線在4700-4780點之間出現(xiàn)100-101μV/A密集顯示的高值區(qū),說明二次感應(yīng)磁場趨于飽和。

        與水平厚板狀低阻體的瞬變響應(yīng)特征吻合,但與巷道采空實際情況不符。4640-4700點出現(xiàn)低值區(qū),疑似采空區(qū)引起。這個特征說明GDP32Ⅱ在第15個時窗之后采集的數(shù)據(jù)已經(jīng)無法有效反映中深部目標(biāo)體的信息,在定性解釋時應(yīng)排除晚期道的干擾假象.對雙峰異常要多加關(guān)注。

        4 試驗效果對比分析

        判斷采空區(qū)的存在,主要依據(jù)地層電阻率值幅值和形態(tài)來決定。反演計算發(fā)現(xiàn)以4700點為界,中淺部高阻地層特征基本相似,存在不連續(xù)的兩處明顯的高阻異常,厚約70m~80m,與巷道中實際采空情況吻合。但在斷面中深部,電阻率異常特征差別較大。①兩種儀器采集的數(shù)據(jù)采用IX1D V3軟件在相同參數(shù)下反演結(jié)果在標(biāo)高1500米以淺,均顯示為較厚的中高阻地層,形態(tài)相似,但GDP32Ⅱ采集數(shù)據(jù)在中淺部的分辨率較高,細(xì)節(jié)更豐富,能識別規(guī)模較小地質(zhì)體的特征。②在反演斷面圖中可以看出,GDP32Ⅱ采集數(shù)據(jù)在標(biāo)高1500米以深顯示為低阻地層,特別是在4640~4720點深部出現(xiàn)高阻,4720~4780點為低阻層,這個特征與巷道中反應(yīng)的地質(zhì)情況不一致,說明,在1500m以深的反演電阻率已經(jīng)失真,在解釋推斷時要注意。③V8采集數(shù)據(jù)反演電阻率圖顯示4700~4780點出現(xiàn)形態(tài)完整的高阻層,厚度約180m。物性資料顯示,煤層及含煤地層具有高電阻率特征,不含水的采空區(qū)具有最高的電阻率。因此,認(rèn)為標(biāo)高1570以深的高阻體極有可能是采空區(qū)引起的,延深較大。通過與鉆探資料對比,可發(fā)現(xiàn)由V8瞬變電磁儀測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演所得的結(jié)果與鉆探成果非常吻合。

        5 結(jié)語

        綜合來看,兩種瞬變電磁儀對采空區(qū)的勘探效果良好。但在相同的工作環(huán)境中采用相同的工作裝置及參數(shù),不同瞬變電磁儀的分辨能力和勘探能力是存在差別的。分辨率方面,GDP32Ⅱ瞬變電磁系統(tǒng)瞬變響應(yīng)信號較強,在中淺部具有橫向分辨率高,細(xì)節(jié)豐富的特點,在識別一些小規(guī)模目標(biāo)體上有優(yōu)勢。V8瞬變電磁系統(tǒng)響應(yīng)信號稍弱,淺部對小規(guī)模目標(biāo)體分辨率不高。

        勘探深度方面,在當(dāng)前裝置參數(shù)下,GDP32Ⅱ瞬變電磁系統(tǒng)相較V8瞬變電磁系統(tǒng)要淺,其有效勘探深度約100米;而V8瞬變電磁系統(tǒng)能達(dá)到260米的有效深度,在尋找中深部目標(biāo)體時,具有明顯優(yōu)勢。

        在抗干擾能力方面,兩種設(shè)備均采取多種措施提高信噪比,包括壓制工頻干擾,采用重復(fù)疊加觀測、增加觀測頻率等。但兩種設(shè)備采集數(shù)據(jù)中晚期道均受到不同程度的干擾影響,GDP32Ⅱ瞬變電磁系統(tǒng)響應(yīng)畸變相對較重,V8瞬變電磁系統(tǒng)部分測道畸變。另外,關(guān)斷時間短信息量大,關(guān)斷時間長,將失掉淺層信號,減弱二次場強度,直接影響探測效果。GDP32Ⅱ第一采樣時窗時間T=52.62μs,V8第一采樣時窗時間T=89.42μs,因此V8采集數(shù)據(jù)的淺部信息損失較多。因此,野外生產(chǎn)中要因地制宜,通過多種參數(shù)試驗和結(jié)合勘探目標(biāo)選取合理的裝置參數(shù)及儀器設(shè)備,方能取得最好的勘探效果。

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