瞬变电磁法矿井超前探测
瞬变电磁法报告模板
左线出口（1） ************隧道左线 出口ZK27+687～ZK27+587瞬变电磁法 超前地质预报报告 ***********有限公司 二〇一四年八月二十五日
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目录 一、工作概况 (1) 二、瞬变电磁法基本原理 (1) 三、测点布置及施工方法 (2) 四、现场工程地质分析 (3) 五、瞬变电磁法的资料解释 (5) 六、结论及建议 (8)
*****************隧道左线出口 ZK27+687～ZK27+587瞬变电磁法超前地质预报报告 一、工作概况 2014年8月18日下午，我单位对******************口掌子面ZK27+687处进行了瞬变电磁超前探测工作，其目的在于：查明前方赋存水情况。现场情况：掌子面、附近拱顶及边墙无渗水现象。 二、瞬变电磁法基本原理 瞬变电磁法的激励场源主要有两种，一种是回线形式（或载流线圈）的磁源，另一种是接地电极形式的电流源。下面以均匀大地的瞬变电磁响应为例，来讨论回线形式磁偶源激发的瞬变电磁场，从而阐述瞬变电磁法测深的基本理论。 在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性大地表面敷设面积为S 的矩形发射回线在回线中供以阶跃脉冲电流 ???≥<=0 00)(t t I t I （1） 在电流断开之前（0 瞬变电磁原理、仪器及应用 第1章绪论 (1) 1.1 瞬变电磁法发展概况 (1) 1.2 瞬变电磁探测方法的特点及应用领域 (2) 第2章瞬变电磁法探测原理 (4) 第3章ATEM-II瞬变电磁探测系统 (7) 3.1 ATEM-II瞬变电磁发射机 (7) 3.2ATEM-II瞬变电磁接收机 (10) 第4章瞬变电磁响应分析 (17) 4.1各向同性水平层状大地上回线源的瞬变电磁响应 (17) 4.2均匀大地表面上大回线源在地表形成的瞬变电磁场 (17) 4.3中心回线下的隐伏球体的响应特征 (18) 4.4中心回线下的隐伏无限延伸的水平圆柱体的响应特征 (20) 4.5导电围岩中的局部导体瞬变电磁响应 (20) 第5章瞬变电磁野外工作方法 (22) 5.1 回线组合选择 (22) 5.2 发射电流的选择 (24) 5.3 发射脉冲宽度的选择 (25) 5.4 关断时间的影响 (26) 5.5 发射边长的选择 (27) 5.5 接收最早取样时间的选择 (29) 5.7 接收线圈的频率选择 (30) 第6章瞬变电磁探测的数据处理与成图 (31) 6.1数据质量判别 (31) 6.2 数据处理 (33) 6.2.1 平滑滤波 (33) 6.2.2 近似对数等间隔取样 (34) 6.3 基于“烟圈”理论的一维快速反演 (37) 6.4 数据成图 (40) 第7章 ATEM系统野外应用 (42) 7.1 长春秦家屯模型验证研究 (42) 7.2 长春伊通河活断层勘察研究 (44) 7.3 内蒙正镶白旗水源勘察 (45) 7.4 安徽铜陵矿山接替资源勘探 (49) 7.5 浙江舟山连岛工程探测 (52) 矿井直流电法勘探涵盖了巷道顶底板电测深法和矿井高密度电阻率法这两种方法，两者属于频率域，而矿井瞬变电磁法则为时间域的方法。 1直流电法技术的基本原理 直流电法勘探是测定岩石电阻率的传统方法。它通过一对接地电极把电流供入大地中，而通过另一对接地电极观测用于计算岩石电阻率所必需的电位或电位差信息（见图1）。 图1 电法勘探工作原理示意图 一个点电源O 在均匀介质中的电场形态为球形(见图2) ，每个球壳为一个等电位面，不同等电位面上A、B 两点会产生电位差，电位差的大小与其通过的介质的导电性(电阻率)有关。 此时通过直流电法仪测得A、B 两点的电位差，即可计算出介质的视电阻率。 A' j电流线 图2点电源在均匀介质中的电场形态 矿井直流电法勘探在井下巷道内安放物理场源和接收装置，因测点位置靠近勘探对象，缩短了目标体的探测距离，许多在地表无法探测到的较小规模地电异常体，在井下可获得较强异常响应，为提高电法勘探应用能力创造了有利条件。 巷道顶底板直流电测深法装置形式 固定MN法（施伦贝尔装置） 工作布置方式为A---M-O-N---B ，即以 O 点为中心，两边对称布置A 、M 、N 、B 四个电极四个电极按比例由近及远同步移动。 三极装置（常用于井下迎头超前探测） 工作布置方式为A---M — O —N----B （*）。即以 O 点为中心，两边对称布置M 、N 两个电极，A 、M 、N 三极由近及远逐步移动，B 极位于无穷远处。 图2 三极测深法示意图 上述两种装置中A 、B 、均为供电电极，用于向岩层供电；M 、N 均为测量电极，用于探测地电场电压，根据测出的电流、电压值结合装置系数就可以换算出地层视电阻率值。通过对不同深度地层的视电阻率值进行全方位探测和综合分析，就可以达到探测岩性或构造的目的。 矿井高密度电法 巷道顶底板电测深法由于受其观测方式的制约，不仅测点稀，工作效率低信息量小，而且更难从多种电极排列去研究地电断面的特征、结构与分布。因此，所提供的关于地电断面的地质信息贫乏，资料解释存在相当困难。为了克服上述困难与不足，更好的发挥物探在工程勘察中的优势，便发展出了高密度电阻率这项新的勘探技术。 其在原理上属于电法勘探中电阻率法的范畴，它是以岩土体的电性差异为基础，以研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的勘探方法。高密度电法集中了常规剖面法和电测深法两者的特点，不仅可以观测地下一定深度范围内横向电性变化情况，同时还可以观测垂向电性的变化特征，总体而言具 瞬变电磁法 瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法.其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。 目录 原理 优点 应用 原理 优点 应用 展开 编辑本段原理 瞬变电磁法也称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。 编辑本段优点 瞬变电磁法探测具有如下优点 ⑴由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感，使得它在当前的煤田水文地质勘探中成为首选方法； ⑵瞬变电磁法在高阻围岩中寻找低阻地质体是最灵敏的方法，且无地形影响； ⑶采用同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强； ⑷剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息。 编辑本段应用 概述 根据瞬变电磁法对低阻体反应敏感的特点，将其用于煤矿井下水文勘查还是近几年的事情。瞬变电磁法是一种极具发展前景的方法，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。瞬变电磁法在提高探测深度和在高阻地区寻找低阻地质体是最灵敏的方法，具有自动消除主要噪声源，且无地形影响，同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强等优点。 装置及原理 瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场，该磁场垂直发射线圈向两个方向传播，通常是在地面布设发射线圈，依据半空间的传播原理，把地面以上的忽略。当磁场沿地表向深部传播，当遇到不同介质时，产生涡流场或着遵照量子力学原理使活泼的碱金属产生能级跃迁或使含有大量氢原子的液体的氢原子核沿磁场方向产生定向排列。 当外加的瞬变磁场撤销后，这些涡流场的释放或者活泼的碱金属要恢复原有的能级，释放跃迁产生能量。以及含有大量氢原子的液体的氢原子核恢复原有的排列时，均以磁场的形式释放能量所获的能量。利用接收线圈测量接收到的感应电动势v2。该电动势包含了地下介质电性特征,通过种种解释手段(一维反演,视电阻率等)得出地下岩层的结构. 由于采用线圈 接收V2,故对空间的电磁场或其它人文电磁场敏感,也就是通常所说的干扰.为了减少此类干扰,采用尽量的发射大的电流,以获取最大的激励磁场,增 加信噪比,压制干扰。 接收装置通常分为分离回线,中心回线和重叠回线3类,以重叠回线得到的信息最为完整,其它次之。 局限性及解决办法 瞬变电磁法的工作效率高,但也不能取代其它电法勘探手段,当遇到周边有大的金属结构时地面或空间的金属结构时,所测到的数据不可使用,此时应补充直流电法或其它物探方法(见金属结构物对测量的影响一文)。同时在地层表面遇到大量的低阻层矿化带时(例如在陕西南部某地铅锌矿区,地层表面充满石墨层)瞬变电磁法也不能可靠的测量,因此在选择测量时要考虑地质结构。 矿用瞬变电磁仪YCS40（A） 培训资料 目录 一、仪器的保养、运输和贮存 (1) 二、安全使用与操作规程 (2) 三、仪器的主要性能及指标 (4) 四、理论知识 (5) 五、仪器结构 (9) 六、仪器的工作原理 (10) 七、主要用途及适用范围 (12) 八、仪器主要的优点和缺点 (13) 九、井下施工设计及施工要求 (14) 十一、主机操作 (17) 十二、MTEM软件操作步骤 (19) 十三、Surfer软件操作步骤 (32) 十四、主机及软件主要参数的解释 (45) 十五、售后服务 (47) 十六、其他产品及功能介绍 (48) 一、仪器的保养、运输和贮存 1、仪器的保养 在仪器箱中有仪器的专用电源适配器（充电器），将电源适配器插头插入仪器面板上的充电插座，电源适配器主线端插入交流电源（~220V）。充电过程一开始，电源适配器内置指示灯亮，充电过程完全由电压控制的，一个充电过程大约需要8 个小时。 仪器系统的硬件设施是为恶劣环境下采集地质二次磁场记录数据而设计的，即使机壳采用了保护设计，但是，为了更好地保护仪器，建议在又赃又湿的环境下用塑料薄膜覆盖保护。 清洁仪器及其配件时，不能使用香蕉水、甲苯等腐蚀性溶剂，可以用清水、厨房洗洁精等中性洗涤剂清洗。 在现场清洁系统建议采用如下步骤： （1）关闭仪器电源； （2）收起发射和接收二合一线圈，盖好防护罩； （3）清洗仪器面板及发射和接收二合一线圈，然后将其轻放于箱包中。2、仪器的运输 包装好的瞬变电磁仪在运输过程中严防强烈振动，避免碰撞，防止雨雪淋袭，可适用于水运、陆运及空运等各种运输方式。 3、仪器的贮存 瞬变电磁仪应存放在温度-5℃～+40℃、相对湿度≤90%、周围不应有酸性和其它腐蚀性气体。 XX集团XX煤业有限公司物探报告XXX超前探瞬变电磁法物探实验报告 [请输入公司名称] [请输入公司地址] 2013年8月9日 编制人员编制： 技术审核： 参加人员： 资料处理： 施工单位： 地址： 电话： 传真： 前言 在巷道适当位置采用矿井瞬变电磁探测技术进行探测，依据矿井水文地质地质资料，探测XX顺槽迎头超前探瞬变电磁法探测150m范围内含水情况，为布置探防水钻孔设计提供依据。 一、物探勘探任务及目的： 1）基本测线3条，每条测线11个物理点，总计33个物理点。图示箭头的位置为探测区域。（米。） 2）探测为XX轨道顺槽迎头低阻体异常及分布范围。 3）分析测区内含水构造形态、水力联系。 4）对测区内煤层开采或水害治理提供物理探测技术依据。 5）为布置探防水钻孔设计提供依据。 二、工作布置与工作量、技术措施及质量评述 1．本次矿井瞬变电磁法勘探试验施工布置与工作量，沿迎头，布置测线3条（斜向上45°、顺层方向、斜向下45°方向），通过移动发射接收线圈，形成3条测的实测剖面。 2．施工技术措施，矿井瞬变电磁法勘探装置类型采用重叠回线组合装置，边长1.5m 的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数4匝，接收线圈匝数40匝。供电电流档为50A，供电脉宽10ms，采样率16μS。每个测点至少采用30次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。 3．质量评述本次矿井瞬变电磁法勘探试验数据采集，严格按《瞬变电磁法技术规程》《电阻率测深法技术规程》执行，并通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比等方法，保证了本次试验的数据采集，从而保证了施工质量。 三﹑矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释 1．矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释基础 本次物探资料的解释工作是在条件试验基础上，采取由已知到未知，由点到线，由 EMIT MAXWELL 瞬变电磁法勘探数据处理(1) 物探软件2010-04-25 11:58:11 阅读361 评论0 字号：大中小订阅 EMIT MAXWELL 瞬变电磁数据处理软件是由澳大利亚电磁成像技术公司的商业软件，运行于WINDOWS平台下，能对频率域；时间域及航空瞬变电磁勘测数据进行建模，正演，反演，及常规成图作业处理。另外还支持频率域与时间域的激发极化数据处理。很值得一提的是该系统包含两套扩展模块一个是EMAX组支持地面与航空瞬变电磁数据的CDI 深度计算。另一个就是CSIRO(澳大利亚国家工业研究院)组的正反演模块，是EMIT MAXWELL的核心模块，可惜网上下载的版本都不带！ 所需工具WINDOWS系统，EMIT MAXWELL ，UltraEdit Professional Text/Hex Editor ，Oasis montaj 简易处理流程数据导入→数据处理→测量和仪器→数据显示→数据正反演 一、数据导入 支持工业标准AMIRA格式；标准仪器文件CRONE,PROTEM,GEONICS,SIROTEM.其他软件格式GEOSOFT等详细看下图。国产的瞬变电磁数据可以参照 AMIRA标准格式用ULTRAEDIT制作。提示下PROTEM的GX7格式直接将扩展名改为RAW即可导入！ 软件界面 数据导入 以软件自带的DEMO数据为例，该数据为AMIRA标准格式。点击import→Tem File 选中DEMO.TEM 标准格式直接点击OK即可。数据导入就即刻生成了断面曲线与测网地图 EMIT MAXWELL 瞬变电磁法勘探数据处理(2) 物探软件2010-07-10 10:41:26 阅读136 评论0 字号：大中小订阅 数据导入成功后接下来就是对瞬变数据进行预处理。 如图所示点击DATA/PREFERENCES菜单选中edit and Process lines Mine Engineering 矿山工程, 2020, 8(2), 135-143 Published Online April 2020 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/8c13657635.html,/journal/me https://https://www.wendangku.net/doc/8c13657635.html,/10.12677/me.2020.82018 Transient Electromagnetic Instrument Is Widely Used for Detecting Water in Advance in a Coal Mine Denglong Zhang Weiye Mining Industry Limited Company, Kuche Xinjiang Received: Mar. 11th, 2020; accepted: Apr. 7th, 2020; published: Apr. 14th, 2020 Abstract Based on the fact that coal bed has a shallow buried depth in a Coal Mine, atmospheric precipita-tion, river supply aquifers by side direction, large goaf area and water accumulation are complex, especially during the rainy season. Firstly, geophysical prospecting is carried out in front of the construction roadway with the mine transient electromagnetic instrument. For the low resistivity anomalous areas detected, the comparative analysis is made on the basis of previous geological data and data collected from nearby excavation. Then drilling is used for verification, so as to find out location and scope of geological structure and water-rich near the roadway. The advanced de-tection results are scientifically interpreted for the geophysical exploration and drilling of road-ways to analyze the influence of meteoric precipitation and surface rivers on the water-bearing concealed water-bearing structure and water-rich property of the roof originating from atmos-pheric precipitation and the river. Practical application shows that the results of the geophysical exploration and drilling are in good agreement, the geological structure and water-rich area ob-tained by “two explorations” will provide more accurate and reliable scientific basis for working out safety technology measurement and prevention of water bursting risk in tunneling roadways. At the same time, it can provide some reference for water prospecting under similar conditions. Keywords Transient Electromagnetic Instrument Geophysical Prospecting Treatment Measures Safe Excavation 瞬变电磁仪在煤矿超前探水中的应用 张登龙 伟晔矿业有限公司，新疆库车 收稿日期：2020年3月11日；录用日期：2020年4月7日；发布日期：2020年4月14日 第38卷第8期 煤炭科学技术 Vol 138 No 18 2010年 8月 Coal Science and Technol ogy Aug . 2010 地质与测量 采空区矿井瞬变电磁法探测技术 占文锋,王 强,牛学超 (北京工业职业技术学院建筑工程系,北京100042) 摘 要:为了查明木城涧煤矿采空区范围及其富水性特征,运用矿井瞬变电磁法对采空区进行探测,探测过程中采集了2组感应磁场强度数据。通过对采集到的数据进行分析和处理,基本上查明了采空区的范围和富水情况。结果表明:采空区内富水性较强,局部地区由于顶板垮落作用,富水性减弱,因而视电阻率呈现不均匀变化。建议在采空区周围留设合适的防水煤柱,以保障周围工作面的安全回采。 关键词:木城涧煤矿;瞬变电磁法;采空区;富水性探测中图分类号:T D745121 文献标志码:A 文章编号:0253-2336(2010)08-0115-03 Tran si en t Electromagneti c Explora ti on Technology to M i n i n g Goaf ZHAN W en 2feng,WANG Q iang,N I U Xue 2chao (D epart m ent of A rchitectural Engineering,B eijing Polytechnic College,B eijing 100042,China ) Abstract:Due t o the water accu mulated in the goaf ofM uchengjian M ine,W est Beijing,a potential danger would be br ought t o the m ine safety .I n order t o detect the goaf scope and watery features,the m ine transient electr omagnetic method was app lied t o the detecti on of the goaf and the t w o gr oup induced magnetic field strength data were collected during the detecti on p r ocess .W ith the analysis and p r ocessing the data collected,the goaf scope and watery conditi ons were basically verified .The results showed that there was high watery in the goaf and in s ome l ocal area of the goaf due t o the r oof collap se,the watery would be reduced .Thus the visual resistivity was inho mogeneously varied .The paper p r oposed that rati onal coal p illars f or water p r oof should be left ar ound the goaf in order t o p r otect the safety m ining of the adjacent coal m ining faces . Key words:Muchengjian M ine;transient electr omagnetic method;goaf;watery detecti on 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目 (2006CB202208) 1 区域地质背景 北京西山地区位于华北地台燕山台褶带,中生代地壳运动活跃,构造形迹复杂,给该地区煤矿生产增加了难度 [1] 。同时,由于小窑和采空区积水, 给煤矿生产带来安全隐患。矿井瞬变电磁法是近几年来发展起来的在井下巷道内探查其周围空间不同位置、不同形态含水构造的矿井物探方法,有许多其他方法不能比拟的优点,凭借其井下探测的诸多优点,可以有效地探测巷道周围100m 范围内的含富水性情况,已成为煤矿水害探测的最佳选择 [2-3] 。因此,运用矿井瞬变电磁法对采空区进行 富水性探测,可以查明采空区富水带位置。 北京西山地处燕山褶皱带西南段与太行山构造 带东北端阜平隆起交汇处,中生代以来不同地球动力学系统的先后叠加作用,造就了区内多期构造的运动图像,煤系构造变形较为复杂。中生代岩浆活动强烈,晚古生代和中生代煤系除斋堂地区有少量贫煤、瘦煤外,全区均为无烟煤,使其具有较为独特的煤层变形-变质面貌。京西煤田主体构造为北东向至近东西向的复式向斜,以及与褶皱轴向平行的走向断层。由于北北东向和近东西向区域构造线叠加,褶皱多呈短轴状,向斜开阔而背斜紧闭,多伴生逆冲断层。木城涧煤矿位于京西庙安岭—髫髻山向斜南西段东南翼,该向斜总体呈北东向展布,轴迹呈反“S ”形。木城涧煤矿构造形态与向斜南翼基本特征相吻合,构造线大致与地层走向一致,沿NEE 方向平行展布,呈弧形凸出。区内褶皱、断层均发育,以褶皱为主、断层为辅 [4-5] 。 5 11 2012年第4期 doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2012.04.007 能源技术与管理矿井瞬变电磁超前探测盲区的研究和应用 贾树林 （三元集团王庄煤业，山西长治047100） ［摘要］矿井瞬变电磁探测在煤矿超前探测中广泛应用，一般现采用的边长为2m 的小线 框，其探测盲区为25m 左右，瞬变电磁超前探测方便、快速，一般井下施工时间约为15min ，不耽误煤矿掘进速度。若采用1m 多匝小线框，其探测盲区会大大缩小，其最大探测深度也会变小，但是若两种装置重复探测，就可以使盲区变小，最大探测深度不变，而且施工时间增加10min 左右。这样将更准确提供较全面的迎头地质情 况。通过某矿一个超前探测， 做了进一步验证，说明两种线框重复探测具有实用价值。［关键词］矿井瞬变电磁；探测深度；盲区；超前探测；煤矿 ［中图分类号］P631.3［文献标识码］B ［文章编号］1672-9943(2012)04-0015-02 1瞬变电磁最小最大探测距离分析 1.1最小探测深度分析与计算 不同的煤层电阻率值和不同线圈大小自感信号的穿透距离不同，最小探测距离为最早可识别有用信号的穿透距离。线框边长越大，煤层电阻率越高，瞬变电磁可探测的最小距离大，即瞬变电磁法的“盲深度”大；线框边长越小，煤层电阻率越小，瞬变电磁可探测的最小距离大［1］。 计算最小探测深度h min 计算公式：h min =t min ·ρ 姨式中，t min 为最小可分辨时间，s ；ρ为表层视电阻率，Ω·m 。最小可分辨时间一般可以从采集的电动势单支曲线判断出来，如图1、2所示。不同线框(不同磁矩)，其最小可分辨时间不同，即最小探测深度不同。一般煤层的电阻率为410Ω·m 。由此计算的边长1m 、发射10砸、接收10砸的线框最小探测深度为12.4m ；边长2m 、发射40砸、接收60砸的线框最小探测深度为28.8m 。 图1边长1m 、发射10砸、接收10砸线框电动势单支 曲线 图2边长2m 、 发射40砸、接收60砸线框电动势单支曲线 1.2最大探测深度分析与计算 增加发射电流或增加发送线框边长,即增加发射磁矩,就可增大探测距离。同样,煤层的电阻率大探测距离也大,这是因为电磁场在高阻介质 中传播时,介质的吸收小,因此传播的距离较远。 计算最大探测深度h 计算公式：h =0.55 M ρ1 η 姨姨 1/5 式中，M 为发送磁矩，A ·m 2；ρ1为表层电阻率，Ω·m ；η为最小可分辨电压，一般为0.2~0.5nV/m 2。它的大小与目标层几何参数、物理参数和观测时间有关。瞬变电磁的探测深度与发送磁矩、覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。 两种不同边长，不同砸数的线框最大探测深度理论计算不太准确，需要在工程应用中总结。 2矿井瞬变电磁探查技术 2.1测量装置 基于煤矿巷道空间限制，不能采用地面常用 15 矿井瞬变电磁探测技术与应用 岳建华，姜志海 （中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州２２１００８） ［摘要］扼要介绍了矿井瞬变电磁法的发展背景、技术特点、井下施工的装置形式，论述了矿井瞬变电磁法相关理论基础，指出了矿井瞬变电磁法的特点，结合实践说明矿井 瞬变电磁法是一种有着良好应用前景的探测技术。 ［关键词］矿井瞬变电磁法；磁偶源；全空间 ［中图分类号］Ｐ６３１．３＋２５［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７２!９９４３（２００６）０５!００７２!０４ ０引言 地质勘查是煤矿水害和煤与瓦斯突出灾害防治工作的第一步。只有准确查明诱发灾害事故的地质因素，掌握和控制地质构造并探明水、瓦斯富集区和地应力集中区的情况，才有可能超前采取措施进行治理，从而避免或减少煤矿灾害事故的发生。目前，我国上百个煤矿开展过矿井直流电法勘探工作，取得了良好的应用效果，但当遇到巷道掘进头超前探测，破碎顶板电极接地困难，巷道极短造成的直流电法难以组织有效施工等问题时，矿井直流电法勘探有其局限性。为此，中国矿业大学资源学院地球探测与信息技术系将瞬变电磁法引入井下［１］，在东部矿区十多对矿井开展了矿井瞬变电磁法的试验、应用工作，中国科学院地质与地球物理研究所白登海［２］等也进行了此类研究。 １瞬变电磁理论发展现状 目前矿井瞬变电磁法应用借鉴的均是地面瞬变电磁法的基本理论，尚未形成自己的理论体系。对于地面瞬变电磁法，西方研究比较完善［３］。在一维层状方面，Ｗａｉｔ给出了均匀层状大地研究理论，Ｈ．Ｆ．Ｍｏｒｒｉｓｉｏｎ提出了层状半空间瞬变电磁场定量解释方法，１９８１年，Ｒａｉｃｈ和Ｓｐｉｅｓ给出了适合于延时、电导率和层深改变的二层均匀大地的理论曲线；１９７９年，Ｍ．Ｎ．Ｎａｂｉｇｈｉａｎ提出了用作解释与反演的“烟圈”理论，１９８２年Ｒｉｇｈｔ提出用Ｇａｖｅｒ－ｓｔｅｈｆｅｓｔ算法进行反演，比用傅里叶变换进行反演更为有效，更为稳定，１９８５年Ｒａｉｃｈｅ提出用共框ＴＥＭ测深数据和对称四极电阻率测深数据进行联合反演。在二维方面，１９８０年Ｋｕｏ和Ｃｈｏ首次用有限元法解时域中的变分方程，求任意二维地电断面的瞬变响应并用中心差分来代替热传导方程中对时间的导数。１９８３年Ｇｏｌｄｍａｎ等引进积分－差分的混合算法，计算了垂直磁偶极子激发下轴对称模型的ＴＥＭ响应。Ｏｒｉｓｔａｇｌｉｏ等在１９８４年用有限差分法计算了二维地电断面，Ｊ．Ｉ．Ａｄｈｉｄｇａａ，在１９８５年用有限差分法计算导电半空间二维体的瞬变响应，并研究了导电围岩和导电覆盖层对ＴＥＭ的影响。Ｇｏｌｄｍａｎ等在１９８４年提出用有限元法解二维地电断面问题，并在１９８６年用有限元法研究了无限长线源激发下，任意二维地电断面的ＴＥＭ响应。在三维方面，Ｈｊｅｌｔ给出了瞬变偶极场中两层球体的似稳态瞬变电磁场解，Ｌｅｅ计算了层状大地中导电球体的ＴＥＭ响应，在１９８１年采用解积分方程的众数匹配法求解，进一步阐明了导电围岩中球体的异常与自由空间中异常的差别。ＳａｎＦｉｌｉｐｏ（１９８５）计算了矩形回线中阶跃电流激发下棱柱体的瞬变电场的数值解。Ｇｕｎｄｅｒｓｏｎ等人在１９８６年研究了三维层状大地的ＴＥＭ响应，同年Ｎｅｗｍａｎ和Ｈｏｈｍａｎ研究了层状大地中三维体的ＴＥＭ响应规律［３］。 对于瞬变电磁法正反演来说，国内的有关研究与报道较少。盛圣圣与牛之琏推导了激励电流为阶跃波的中心回线及重叠回线装置情况下，层状大地的瞬变电磁感应电压的余弦积分表达式，并引入一种线性数字滤波方法来评价这种震荡类型的积分，同时利用所建立的程序库，计算了一维层状大地模型上的瞬变电磁正演响应［４］。丁世荣， 电子与计算机技术 基金项目：高等学校博士学科专项科研基金资助课题（２００５０２９０５０１） 瞬变电磁法在地质勘探中的应用 姓名：杨帅班级：资工803 学号：20081338 摘要:在地下水勘查工作中,用常规物探方法难以划分地层的结构、确定断裂构造的位置、查明基岩面的起伏形 态及判断地下水的赋存状况。通过瞬变电磁法(TEM)勘测并结合钻孔资料分析,对上述地质问题有了一些突破性 的认识,证明了瞬变电磁法在勘查工作中的有效性。当地下存在电性不均匀体时,通过瞬变电磁法会观测到电性 不均匀体的涡流异常场,进而推断矿体、地下水、地质构造等地下盲体的存在和部位。依据此特征成功地将瞬变电 法在探测中进行了应用。 关键词:瞬变电磁法;视电阻率;等值线;地下水勘查 0前言 随着我国国民经济快速发展,对能源的需求日益增大。 煤炭是我国目前主要能源之一,在煤矿生产和建设中,地质 构造直接影响煤矿生产安全生产和建设的重大灾害之一。 由于瞬变电磁法易于加大勘探深度,具有分辨能力强、工作效率高、受地形影响小等特点,近几年越来越受到人们的重视,被广泛用于油气田、地热、煤炭以及地下水勘查等领域。可以借助被探测地质体所产生的瞬变效应来划分地层结构、确定地质构造的位置、查明基岩面的起伏形态及判断地下水的赋存状况。 1勘探区概况 勘探区位于太行山西麓,沁水煤田东北部边缘中段, 地表部分面积被黄土覆盖,仅在工区内有部分基岩出露, 其它部分地段基岩出露。根据周边出露及揭露地层由老到 新有奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、第四系。 该区的电性特征:第四系多由黄色、红棕色、褐色亚 粘土及砂土组成,不整合于各时代地层之上。厚度不大, 导电性能强,整个新生界松散层及地表强风化岩层从全区 资料对比来看均呈相对中低阻反映。 二1煤层顶板大占砂岩裂隙较发育,含有裂隙水,是煤层顶板直接含水层。采掘使煤层顶板岩层变形、破坏,形成冒落带、裂隙带和弯曲变形带。区内顶板砂岩虽厚度大、且较稳定,裂隙亦较发育,但由于其上被多层砂质泥岩、泥岩隔水层所分割,补给和储存条件均较差,富水性弱。因此煤层顶 板砂岩孔隙裂隙水常以滴水、淋水的形式进入矿井,很少形成突水。由于砂岩赋水的不均一性,在其富水区及导水裂隙密集带,顶板砂岩会形成突水,但突水量一般不会太大。3·2导水通道 充水通道主要有断裂导水通道、煤层顶板采动裂隙通 道、煤层底板采动裂隙通道、废弃井筒、巷道等。矿区覆盖层 沉积厚度不大,前部裂隙和开采后的塌陷为上部煤层开采充足水通道;局部断层2侧岩层裂隙发育带,为矿井的主要充 水通道;煤层开采后,地质条件发生变化,断层带的稳定性遭 受破坏,可成为矿井的充水通道;区内勘探阶段封闭不良的 钻孔和废弃井筒也可成为矿井的充水通道。 4结论 (1)主要含水层为碳酸盐类岩溶裂隙含水层、碎屑岩类 孔隙裂隙含水层和松散岩类孔隙含水层。 (2)韩庄矿的充水水源主要为煤层顶底板砂岩裂隙水、 沿裂隙通道入渗的第四系松散孔隙水、太原组岩溶裂隙水和寒武系岩溶裂隙水,老窑水为主要威胁水源。 (3)充水通道为断层带裂隙发育及采空塌陷带。 参考文献: [1]房佩贤,等.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,1996. [2]杨孟达,等.煤矿地质学[M].北京:煤炭工业出版社,2000. 第38卷第9期煤炭学报 Vol．38No．92013年 9月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY Sep． 2013 文章编号：0253－9993（2013）09－1646－05 矿井瞬变电磁法波场变换与数据处理方法研究 程久龙1，邱浩2，叶云涛1，闫国才1，周健1，程丰波1，张珊珊 1 （1．中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京100083；2．煤炭科学研究总院矿山安全技术研究分院，北京100013） 摘 要：矿井瞬变电磁法探测电性界面分层的准确性关系到探测地质效果。探讨了瞬变电磁波场 变换理论，提出了矿井瞬变电磁波场变换算法，对实际矿井瞬变电磁数据进行了波场变换，提出了波场变换数据处理及成像方法，实现瞬变电磁剖面到拟地震剖面的转换，达到对电性界面的准确划分。结合矿井顶板岩层富水性探测的工程实例对矿井瞬变电磁波场变换及其数据处理方法的实用性和有效性进行了验证，取得了较好的地质效果。研究表明:矿井瞬变电磁波场变换及数据处理方 法能够提取瞬变电磁数据中所包含的电性界面信息， 解决矿井瞬变电磁法探测在准确确定电性界面方面的不足，突出弱异常进而提高分辨率。 关键词：矿井瞬变电磁法;波场变换;数据处理;拟地震处理;电性界面中图分类号：P631.3 文献标志码：A 收稿日期：2013－05－06责任编辑：韩晋平 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51034003， 51174210）；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20120023110014）作者简介：程久龙（1965—），男，安徽安庆人，教授，博士生导师。E －mail ：JLCheng@126．com Research on wave-field transformation and data processing of the mine transient electromagnetic method CHENG Jiu-long 1，QIU Hao 2，YE Yun-tao 1，YAN Guo-cai 1，ZHOU Jian 1，CHENG Feng-Bo 1，ZHANG Shan-shan 1 （1．State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining ，China University of Mining and Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ；2．Mine Safety Technology Branch ，China Coal Research Institute ，Beijing 100013，China ） Abstract ：The detection accuracy of electrical interface by mine transient electromagnetic method （MTEM ）affects the geological surveying results．Authors first discussed the theory of transient electromagnetic field transforming ，proposed the algorithm of mine transient electromagnetic field transforming and calculated wave filed with actual surveying data ，and then created the method of wave-field data processing and imaging ，realized the transformation from mine transient electromagnetic section into pseudo-seismic section and accurate detection of the electrical interface．At last ，the practi-cability and effective of the wave-field transforming and data processing were proved by the actual exploration on the water-containing of coal roof．The conclusion show that the wave-field transforming and pseudo-seismic imaging and data processing can extract the electrical interface information of MTEM and supplement the deficiencies of the MTEM on detecting accurately the electrical interface ，highlight the weak anomalies and improve the resolution and increase exploration accuracy． Key words ：mine transient electromagnetic method （MTEM ）；wave-field transformation ；data processing ；pseudo-seis-mic imaging ；electrical interface 不断频发的煤矿突水等事故成为制约我国煤炭 行业健康发展的关键因素。近几年来地球物理技术在矿井突水灾害探（监）测中发挥了极其重要的作用。时间域瞬变电磁法为近年发展较快的一种地球 物理方法，其在固体矿产勘查、水害防治等勘查领域均有广阔的应用前景和巨大的发展潜力，特别是在煤 矿水害防治领域发挥了关键作用［1］ 。瞬变电磁法勘探因其是体积勘探，含水地质异常体在断面图上通常 第35卷第3期物 探 与 化 探Vol.35,No.3 2011年6月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL EXPLORATION Jun.,2011 矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术 廖俊杰1,于景邨1,2,胡兵1,刘振庆1 (1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116;2.深部岩土力学与地下工程国家重 点实验室,江苏徐州 221116) 摘要:矿井瞬变电磁法是有效探查巷道迎头赋水性情况的矿井物探方法之一。快速处理数据和显示成图可以促进矿井瞬变电磁法在井下探查工作中发挥更大的优势。根据井下巷道迎头超前探测的工作装置和探查技术,介绍了超前探测数据处理与显示成图的操作步骤,实现了成果数据的坐标转换,生成了更加直观的与实际探测区域吻合的扇形图。 关键词:矿井瞬变电磁法;井下超前探测;显示成图技术 中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2011)03-0423-04 矿井瞬变电磁法是在煤矿井下巷道内探查周围空间不同位置、不同形态含水构造的矿井物探方法之一。它是一种时间域的电磁勘探方法,利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场,在一次脉冲电磁场间歇期间,利用线圈或接地电极观测二次涡流场[1]。如何快速处理数据和显示成图成为矿井瞬变电磁法发展中的重要环节。传统的矩形成图方法[2]使探测区域深部压缩、浅部拉伸,导致异常区域产生变形,并且矩形成图采用相对距离,给异常区域位置的确定带来较大的误差,这些都给资料解释带来了一定的难度。而扇形成图方法中,其横坐标为以巷道中点为中心点向两侧伸展到巷道的实际宽度,纵坐标为相对于巷道迎头的实际探测距离,各测点测量的不同深度的视电阻率值分布在实际平面位置,将视电阻率等值线图绘制成扇形,与实际探测区域基本吻合,能够更加直观地反映异常区域的位置,从而提高矿井瞬变电磁法超前探测资料的解释精度[3],为矿方工作人员提供更加清楚易懂的资料。 1 超前探测数据处理 超前探测主要是在巷道迎头利用直接或间接的方法向巷道掘进方向进行探测,探测前方是否存在地质构造或富水体及导水通道,为巷道的安全掘进提供详细的地质资料[4]。应用矿井瞬变电磁法超前探测技术在井下通过仪器采集到的数据需要进行相应的处理。矿井瞬变电磁法数据处理与解释系统是一款针对矿井特殊的强干扰环境,集处理、解释功能为一体的瞬变电磁软件。该软件能够针对井下瞬变电磁测量的超前探测数据进行简便快捷的处理,生成成果图。 用矿井瞬变电磁法数据处理与解释系统进行超前探测数据处理的过程,主要包括数据预处理、生成断面文件、时深转换、深度校正以及超前探测坐标转换等步骤,完成这一系列步骤后,即可在Surfer中进行断面图绘制。 1.1 数据预处理 矿井瞬变电磁法超前探测井下采集的数据必须经过相应的预处理方可正常进入处理流程。数据预处理子模块能够读取井下采集的原始数据文件 (SIR格式、TXT格式和GX7格式),计算各回线装置的视电阻率,以DAT格式把各单点电位、视电阻率数据保存在当前目录中;显示电流、窗口、时间序列、Tx面积、Rx面积等基本参数,为进一步处理作准备(图1)。 操作步骤如下:①根据所用瞬变电磁仪,选择仪器类型(TerraTEM、SIROTEM?3、PROTEM47HP);②从SIR格式、TXT格式和GH7格式中选择相应的文件类型;③打开原始文件,保存文件中电位文件前缀为“U”,电阻率文件前缀为“R”;④点击“执行”,待数据预处理完毕后,点击“返回”。其中日期、平均电流等基本参数自动从原始文件中获取。 收稿日期:2010-04-10 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)项目资助(2007CB209400)瞬变电磁原理、仪器及应用讲述
直流电法、高密度和瞬变电磁法的简介
瞬变电磁法简介
YCS40(A)瞬变电磁仪
瞬变电磁超前物探标准格式
EMIT MAXWELL 瞬变电磁法勘探数据处理
瞬变电磁仪在煤矿超前探水中的应用
采空区矿井瞬变电磁法探测技术
矿井瞬变电磁超前探测盲区的研究和应用
矿井瞬变电磁探测技术与应用
瞬变电磁法在地质勘探中的应用
矿井瞬变电磁法波场变换与数据处理方法研究_程久龙
矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术