复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术

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1、复杂情况下采空区瞬变电磁探测技术江苏大学山西省煤炭地质115勘查院“采空区对煤矿安全生产造成危害，频繁引发灾害事故。采空区与地面坍塌对地质环境、居住安全以及铁路、公路、水利电力等工程建设造成严重破坏。为了有效提高我国的采空区探测与预测技术，更好地服务于煤矿安全生产是你与环境地质灾害治理，避免和减轻工程灾害”，作为地球物理勘探工作者对采空区探测技术的研究，提高探测的准确度和精确度，不仅是出于兴趣更重要的是应尽的责任。复杂情况下采空区瞬变电磁探测技术©UJS2004众所周知，提高采空区探测的准确度和精确度是一个艰难的任务。除了采空区相对较小的规模、赋存形式多样以外，探测装置、地形、地层等因素都

2、对探测产生影响。因此这些复杂情况也就成为了采空区电磁法探测中需要研究的内容。这里，以中心回线装置的瞬变电磁法为例，讨论复杂情况下的采空区探测问题。复杂情况下采空区瞬变电磁探测技术©UJS20041、瞬变电磁法的中心回线装置2、中心回线装置的边缘效应3、地形影响和校正4、上覆低阻屏蔽层5、纵向分辨率、时间道、采样率6、大功率小发射回线TEM装置主要内容©UJS2004电磁法探测的异常反映是地层和场结构相互作用的结果回线装置：在水平层状大地上，回线源形成的电场只有与地层平行的水平分量，地层中的感应电流仅在水平面中流动，电流线不与地层的分界面相交。这种地层和电磁场的特殊结构对探测低阻层非常有利，

3、对很薄的低阻层也有较好的反映。接地装置：不仅有水平分量电场，而且有可在地层界面感应电荷的垂直电场分量。因此，除了低阻层以外，如果期望探测高阻层，回线源不是最好的激发方式，接地装置对探测高阻层有利。瞬变电磁法的中心回线装置1/21©UJS2004中心回线TEM装置对低阻敏感、体积小，不存在记录点问题，对施工场地有高度的适应性，是1000m内煤田水文地质勘探的首选方法。为了提高工作效率，保证探测的时效性，实际勘探中的中心回线装置，是在中心1/3区域内探测。依据的原理是认为该区域内的场近似均匀。1瞬变电磁法的中心回线装置2/2©UJS2004实际上，回线中心区域的场并不是均匀的。过发射回线（600

4、m×600m）中点测线上t=0.318ms的感应电动势2中心回线装置的边缘效应1/6©UJS2004在100m处（中间三分之一观测区的边缘）相对误差达到24.6%，在60m处为4.79%。以往对于大的构造勘探，这种误差尚可忽略。但是对煤田的水文地质勘探来说，要探测600~1000m深度的导水小断层、陷落柱等，目标体的异常与背景相比有时也就在5%~10%之间（甚至更低，尤其有上覆低阻屏蔽层时），一般不会超过15%，因此，这种由不均匀性引起的边缘效应影响是不可忽略的。2中心回线装置的边缘效应2/6©UJS2004边缘效应产生的原因是用中心回线装置理论公式计算1/3区域范围内的视电阻率，但实际测点

5、并不在中心点，由此引入的误差。边缘效应的校正方法用大定源回线理论公式计算1/3区域范围内的视电阻率。2中心回线装置的边缘效应3/6©UJS2004用大定源回线公式统一中心回线装置的视电阻率后，消除了边缘效应，也可以扩大观测范围，进一步提高施工效率。但是在回线附近场的变化距离，测点点位的微小测量误差，会引起视电阻率的较大误差，影响解释结果的准确性。因此，仍然建议在1/3区域内观测，以时间换取精度。2中心回线装置的边缘效应4/6©UJS2004用大定源回线公式统一视电阻率的定义中心回线公式计算的视电阻率统一后的大定源视电阻率2中心回线装置的边缘效应5/6©UJS2004存在的问题实际勘探工程中边

6、缘效应的校正并不是总如前面的图示那么理想。正如汇报的题目“复杂条件下”,边缘效应、地形影响、地层结构等的影响（或者说响应）是线性叠加的关系还是非线性、还是相乘的关系？现在，这个问题接近解决，在这里和各位同行请教。进一步的工作现有大定源理论公式的以电偶极子或磁偶极子作为基本微元。当场点距离回线较近时，不符合偶极子条件。要取得更精确的解析表达式，还应从点电荷微元出发，给出理论公式。2中心回线装置的边缘效应6/6©UJS20043地形影响和校正1/6中心回线装置存在地形影响地形剖面感生电动势曲线视电阻率曲线©UJS20043地形影响和校正2/6地形影响的校正有汉明窗空间滤波，小波变换等方法。人为因

7、素较小的校正方法是比值法：1、用数值算法（边界元、有限元、有限差分、时域有限差分等）模拟纯地形影响，2、和观测数据相除，得到校正后的曲线；3、进入定性定量解释。野外大规模的勘探工程要求有较为简便、快速、实用的校正方法。©UJS20043地形影响和校正3/6地形影响的校正同相视电阻率-深度地形校正法（简称同相法），以中心回线公式导出的近区视电阻率公式为例按照剖面地形的几何形状加入进去，获得校正后的视电阻率剖面©