侯云英
(山西省地球物理化學勘查院,山西 運城 044004)
瞬變電磁法因為其具有的經(jīng)濟性、實用性,以及對水的敏感性,在采空區(qū)的含富水的勘查中被廣泛應用,但其物探方法相對單一,對異常的劃分具有其自有的局限性。本文主要介紹了瞬變電磁法結(jié)合激電測深在晉北采空積水區(qū)勘探中的綜合應用效果。
(1)勘探原理。瞬變電磁法是在地面鋪設不接地的線框,輸入階躍電流,當回線中的電流突然中斷時,在下半空間就會激勵起感應渦流以維持中斷電流前已經(jīng)存在的磁場,并且此渦流場會隨時間以等效渦流環(huán)的形式向下傳播并向外擴展,利用地面接收探頭觀測此二次渦流磁場或電場的變化情況,可以研究相應淺層至中深層的地電結(jié)構(gòu),在沒有一次場背景的前提下觀測純二次場異常,得到的原始數(shù)據(jù)保真度更高,異常更直接,探測效果也更明顯[1]。
(2)采空區(qū)電性理論特征。不同的巖石具有不同的導電性,常見的巖石表現(xiàn)出不同的電阻率值。一般來說泥巖、粉砂巖、中粗砂巖的電阻率值依次增高,而灰?guī)r表現(xiàn)出的電阻率更高。在垂向上的巖性變化規(guī)律基本一致,表現(xiàn)為電阻率的升高或降低;在順層方向?qū)щ娦韵鄬?,表現(xiàn)為電阻率較均勻。當砂巖中有充水裂隙、含水斷層破碎帶、積水采空區(qū)等構(gòu)造時,由于水體具有良好的導電性,形成了構(gòu)造處與圍巖的明顯電性差異。多數(shù)形成的采空區(qū)會在重力和地層應力的作用下,導致頂板塌落,形成冒落帶、裂隙帶和彎曲帶等情況,地下水就會侵入,采空區(qū)的電阻率隨著發(fā)生變化,會出現(xiàn)相對低阻異常區(qū)。一般來說,不含水相對干燥的采空區(qū)、巷道主要表現(xiàn)為與圍巖電阻率相比呈高阻特征,而含水或者相對潮濕的采空區(qū)、巷道與圍巖相比,其電阻率表現(xiàn)為低阻特征,這些就是對采空破壞區(qū)進行探測的地球物理依據(jù)。
勘探區(qū)位于晉西黃土高原,屬呂梁山山脈與蘆芽山南端的交匯地帶,地形復雜,地勢總體為南高北低,最高點位于勘探區(qū)西南部,標高為1360m,最低點位于勘探區(qū)東北部,標高為1230m,相對高差為130m。勘探區(qū)地層由老到新有:第四系中、上更新統(tǒng)(Q2+3):淺紅色亞粘土,亞砂土和砂土(高阻)。
(1)瞬變電磁資料處理步驟。瞬變電磁儀野外觀測記錄的是垂直磁感應場的歸一化感應電動勢ΔV(t)/I值,其單位為μV/A;每個觀測點記錄的參數(shù)為:時間道、發(fā)射電流、采樣開始時間、采樣窗口寬度、歸一化感應二次場、轉(zhuǎn)換的磁感應強度值等。野外采集的數(shù)據(jù)處理步驟如下:①整理和預處理:對數(shù)據(jù)質(zhì)量進行檢查,剔除其中不合格的數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行重新編錄,整理成數(shù)據(jù)處理所要求的的格式和順序。②濾波:濾除或壓制原始數(shù)據(jù)中的干擾信號,恢復真實信號的變化規(guī)律,突出準確的地質(zhì)信息。③時深轉(zhuǎn)換:利用專用軟件處理轉(zhuǎn)換得到ρt(擬視電阻率)和ht(視深度)等參數(shù)。④地形校正:利用地質(zhì)、鉆探、測量等已知資料做必要的地形校正。⑤圖件繪制:根據(jù)最終處理后的數(shù)據(jù)繪制成果圖件。
(2)數(shù)據(jù)處理。野外數(shù)據(jù)記錄的是由發(fā)射線框中瞬態(tài)變化的電流在地下產(chǎn)生的dB/dT,而數(shù)據(jù)處理就是根據(jù)該瞬變磁場計算出體現(xiàn)地下地層物理性質(zhì)的擬視電阻率ρτ。再通過數(shù)值方法精確計算出全程擬視電阻率,并對關斷時間、磁場進行校正。通過理論計算和實踐表明,全程擬視電阻率與早期、晚期漸近值相比,具有更高的精度和分辨率。
圖1 全程擬視電阻率與晚期漸近值的比較
圖1是擬視電阻率曲線,藍色曲線是數(shù)值計算的全程精確值,洋紅色曲線是晚期漸近值,兩條曲線早期區(qū)別較大,在晚期趨于一致,說明晚期漸近線在中-早期存在較大誤差,全程擬視電阻率曲線具有較高的精度和分辨率。
圖2是矩形框中心瞬變電磁場變化率垂直分量dBz/dT信號的理論響應曲線,圖中明確顯示,早期漸近線只有在早期與精確曲線重合,在中期和晚期偏離精確曲線;晚期漸近線只有在晚期才與精確曲線重合,在中期和早期偏離精確曲線。無論是晚期漸近線還是早期漸近線,在中期都偏離于真實的全程精確曲線[2]。
圖2 瞬變電磁的理論響應曲線
數(shù)據(jù)處理之前首先對原始數(shù)據(jù)的每個點進行檢查,對數(shù)據(jù)進行有效性驗證與誤差統(tǒng)計,之后用自相關技術進行濾波處理,壓制干擾、突出有效信號,然后把野外觀測到的dB/dT值按遠區(qū)的晚期計算公式、視深度的計算公式經(jīng)過反演轉(zhuǎn)換為ρτ(t)和Hτ(t)等參數(shù)。最后在此基礎上繪制出相應的擬視電阻率ρτ(t)斷面與平面等值線圖。
圖3 L1線TEM擬視電阻率斷面圖(a)及多測道剖面圖(b)
圖3、圖4為勘探區(qū)L1、L2線TEM擬視電阻率斷面圖,位于勘探區(qū)南部,穿過已知采空積水區(qū)。
從圖中可以看出,縱向上由淺到深,擬視電阻率值依次呈現(xiàn)低~中~高的電性特征,與勘探區(qū)地層電性特征相吻。標高約+1200m左右擬視電阻率值小于25Ω.m,呈現(xiàn)低阻特征,為二疊系上、下石盒子組砂泥巖段地層的反映;標高+1200~+1000m段擬視電阻率值為25Ω.m到80Ω.m,呈現(xiàn)中阻特征,為二疊系山西組及石炭系地層的反映。標高+1000m以下視電阻率值一般大于80Ω.m,呈現(xiàn)高阻特征,為奧陶系地層的反映。
從橫向上看,4#、9#附近擬視電阻率等值線在1700點~1860點、1950點~2060點處彎曲下凹,呈現(xiàn)為相對低阻特征,圈定為相對低阻異常區(qū)。結(jié)合已知資料,已知采空區(qū)范圍在1750點~2060點處,積水區(qū)范圍在1950點~2060點處,與所圈定的低阻異常區(qū)相吻合,說明瞬變電磁法在采空區(qū)探測中效果較好。
圖4 L2線TEM擬視電阻率斷面圖(a)及多測道剖面圖(b)
通過在本礦區(qū)進行TEM和激電測深兩種物探方法的綜合勘探,綜合解釋對比可知,TEM和激電測深法在本區(qū)采空區(qū)探測中異常對應較好,探測結(jié)果一致。通過以上實例分析,可以說明,將TEM與激電測深兩者結(jié)和應用于本區(qū)采空區(qū)探測中可以取得良好的勘探效果。