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地质勘探
瞬变电磁地球物理勘探在露天矿采空区探测中的应用
牛飞龙
摘要：露天矿采空区对于开采工作的效率、质量等方面影响较大，若无法采取有效措施对其展开实时探测，必然会大幅矿山生产。对此，应在探测过程中灵活运用瞬变电磁法，并以地球物理勘探为基础，从根本上为矿山生产予以保障。本文以瞬变电磁法概述为基础，详细介绍其运作原理及数据采集，指明瞬变电磁地球物理勘探的困境及改善措施，最后提出瞬变电磁地球物理勘探在露天矿采空区探测中的具体应用，以供参考。
瞬变电磁；地球物理勘探；露天矿采空区；探测关键词：应用
随着我国煤炭资源整合程度的提高，许多小型地下矿井被并入大型露天矿山。但在整合活动开始之前，该矿区已有大量民营矿业公司入驻，主要从事低矿深、高热值煤炭的开采。矿区在同一地区不同地点开采，矿区的纵横联系、空间结构和高度均无史料记载，具体情况不详。这对露天矿床的清除和煤炭资源的高效利用以及矿区作业人员和设备的安全构成严重威胁。利用瞬变电磁法勘探技术，可以找到在原始地形中开挖的矿区。这些矿区既不影响矿区日常生产，也不影响矿区规模，为安全生产提供一定的技术保障。
输到地球。在PEMF结束时，可探测目标或受激地球将产生具有空间和时间特征的感应涡流。打乱山上目标的空间属性、电学属性、激发场属性，都与其他因素有关。因此，可用专用仪器观察这种涡流产生的电磁场的强度、空间分布和时间特性。磁场的基本特性是由物体的物理性质和状态决定的。地表地质信息反映的是早期信息，晚期信号反映的是深部地质信息。如果需要预测和解释地层或地质对象的几何和物理特征，可以通过对空间分布（二次场）特征、时间特征的观察和研究得出结论。2.2 数据采集
大功率瞬变电磁铁（TEM-6）用于地球物理观测，发送脉冲电流至少3A，脉冲频率25Hz，数据采集时间00725ms～8.ms，信号复合512次。应采用重复观测来保证观测质量、工作设备的选择、传输环路的长度、窗口的持续时间和测量范围的确定。其他技术要求按照中华人民共和国地质矿产部发布的《电磁地权技术规范》（DZ/T018-2016）执行。设备收集的数据输入计算机进行复制和存档。计算机利用专用软件对原始数据进行处理，得到视电阻值，自动反演，绘制多级剖面图、视电阻剖面图等物理研究成果。二次电位（U/I）在外推解释过程中随时间衰减的收敛过程反映地下环境纵向电学性质的变化；通过比较同一通道的响应强度，反映环境的横向电变化。
1 瞬变电磁法概述
瞬变电磁法（TEM）是根据地壳中岩石（矿石）的电导率和磁导率的差异，基于电磁感应原理，初始脉冲磁场从接地回路或源传输到地球。在初级脉冲磁场区间内，用线圈或接地电极观察次级涡流场，研究磁场的时空分布。这是一种长达一小时的电磁方法，用于勘探底土或解决其他地质问题。使用接地回路或源将脉冲磁场传输到地球的电磁系统。在脉冲磁场间隔期间，利用线圈或接地电极观察地下介质中的二次感应涡流场，从而确定介质的电阻率。随着现代设施建设的增加，过渡电磁铁测量已成为工程工作的重点。电磁法原理的应用，提高现场勘测的灵活性，大大提高现场施工的效率。
3 瞬变电磁地球物理勘探的困境
近年来，瞬态电磁法的应用范围逐渐扩大，施工单位也开始发现电磁法测量的局限性，影响现场工程测量的有效性，对施工产生负面影响。在作者看来，TEM的局限性包括：①操作困难。与传统的测量模型相比，瞬态电磁学具有先进的技术优势，反映测量技术的发展趋势之一。但由于无法获得新技术，过渡性电磁技术的条件和要求比较严格，一些建设单位没有统一的使用标准，这也导致现场勘察工作效率低下。此外，高精度测量仪器的使用（操作和使用成本高昂）增加项目的总体成本；②错误案例。当地层表面存在大量低电阻率层沉积物时，不稳定的电磁方法无法进行可靠测量。一些客观因素破坏调查数据的完整性，调查方法的操作过程。例如，陕南铅锌矿床的形成被石墨层覆盖，地质环境导致测量结果严重误差。因此，在选择调查时应考虑地质构造，避免数据误差对设施建设造成不利影响；③扰乱公共秩序。电磁瞬变法是有效的，但不能替代其他电测法，主要
2 运作原理及数据采集
2.1 运作原理
瞬变电磁法属于一种测量方法。因此，过渡电磁法也遵循电磁感应的工作原理。在冲击电磁场的激发下，电质量产生涡流效应，利用无保护电路或磁偶极子，将脉冲电磁场作为激发源传
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是它经常遇到影响勘探仪器运行顺序的各种异常扰动。例如，在野外勘测中，当地球上或太空中的金属结构被大型金属结构包围时，采集到的数据与实际情况不符，降低整个过程的可控性。现阶段需要补充DC或其他物探手段，增加施工难度。
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小褶皱；②煤炭结构。煤层埋深较大（473.2m～963.7m），煤层厚度一般小于500m。基质为2#多层煤，中间层净容量6m，多层煤炭化率为8.3%。煤矿原地层的可用地层厚度为100m～30m，可利用4#、5#、6#、7#、8#和9#煤层的可用煤；③水文地质。露天矿区地下水系统发达，地下水资源丰富。煤矿地层含水多，当水量超过一定程度时，水系就特别发达，由此可知，该地区的地下水位特别高，同时，主要含水层位于500m以下，而主要煤层位于500m以下，从前两份报告中得出结论，在采样区域观察到高腔体电阻异常。5.2 施工部署
（1）部署思路。用户铺设直线修复管道后，可在可修复管道的带材长宽范围内直接测量管道长度。因此，整个设计过程是高效和低成本的。这种高频电磁源微波装置具有发射高频微波信号的磁矩大、磁场均匀、微波温度高、微波随时间快速运动引起的微波衰减慢等几个主要特点。固定源根据传输的电磁波而变化。利用地球表面矩形放电线圈中的电流脉冲，利用大型非稳态源电子观测二阶场的完整信息，然后对二阶场数据进行归一化和校正。去除畸变数据后，将二阶电位转换为视电阻率，通过以视觉为中心的转换模块计算视电阻率深度。最后，根据现有的地质资料推断和解释这种情况。电磁感应信号产生的低电阻沉积物往往会导致较大的低强度沉积物和电磁感应信号的干扰。为了准确测量煤层钻孔区的功能，必须根据实际测量结果调整低阻层的电磁干扰。结合作业所需的探测深度对设备参数进行测试。现场研究表明，数据处理符合实际地质条件。前提是矿山和岩石之间存在显着的潜在差异。采煤后，原岩被破坏，矿井与原岩的电学性质相差很大。无水注入空间的电阻可视为无穷大，电导率极低，二次电场衰减快，相应的感应功率小。接收器接收到“低电压异常”和“高电阻异常”信号。在充分获取以往地质资料的基础上，了解开采情况，制定本方案，提出具体的勘探方案。（2）部署原则。遵循探索探索外层空间的指导思想，坚持以人为本，结合共通、明确、突破、有名、浅显、深化、循序渐进、实用、经济的原则，在综合研究的基础上并利用以往的工作成果，不断探索新的思路。
（3）线路模式。测区大地线与现有观测显示的地层倾角方向垂直。对于埋深小于500m的2号、4号煤层，其可测深度略高于或低于导向线煤层贯通线长度。因此，可以采用400m×600m的传输线架来获取磁场的垂直分量。在传输回路中，接收器用于接收电磁信号。5.3 野外施工
（1）设备、仪器和工作参数。选择大功率瞬时电磁铁（TEM-6型）。在野外采集数据时，使用一个矩形传输环路和一个收施探头（50t相当于100m面积）。电源瞬时脉冲电流可达1500A，保证
4 瞬变电磁地球物理勘探的改善措施
我国进入新时代，进入重大改革阶段，实施的工程涉及建筑、电力等行业，与大地测量工程密切相关。电磁瞬时转换法是一种需要融入测量过程的现代工程测量方法。另一方面，电磁测量方法也有局限性。为避免带来的不利影响，施工人员和测量人员需注意以下方面。
（1）调查审查。为进一步提高电磁测量的有效性，现场人员应认真检查测量结果，及时发现测量中的问题。过渡电磁法对布线要求高。在脉冲传输阶段，需要持续监测数据的变化，只有在验证和确认无误后，才能进行下一步的操作。因此，野外调查需要及时调整调查方法或数据，按照标准参数执行工作流程，减少数据误差。
（2）调查方法。测量过程必须严格按照标准进行，测量活动必须在正确方法的指导下进行。利用数字测量平台提高瞬变电磁法的应用效率一般而言，过渡级电磁测量装置安装在地面或空心线圈上，发射特定波形的电流，从而在周围空间产生主电磁场，在地下岩石中感应出电流。停电后，感应电流因热损失而随时间衰减。
（3）测量设备。无论采用何种测量方法，测量设备和仪器决定最终的结果。测量设备的管理是TEM工作的关键要素之一。例如，在进入工作区前，尽量寻找已知地层的参考点对仪器进行校准，类似于校正重力或磁力测量的参考点，并测试其兼容性；定期更换测量仪器或零件以保持科学性，确保即时电磁测量的准确性。
（4）修正数据。测区人文环境复杂，电磁干扰（高压线、变电站、村庄、道路）对局部测区和暂态电磁数据有一定影响，但对直流数据影响不大。为减小这种影响，在处理干扰段数据前，应先逐点分析去除畸变，然后根据井间数据的比值调整数据。将同一段连续电测深数据和瞬变电磁数据按照专用数据处理软件要求的顺序和格式进行排序，然后对数据进行滤波，以滤除或抑制信号干扰，恢复信号变化规律，提供有用的地质信息，这些技术将干扰对信号的影响降低到无法完全消除的水平。在分析应用过程中，重灾区的数据也相应减少。
5 瞬变电磁地球物理勘探在露天矿采空区探测中的应用
5.1 地质与成矿条件
①地层结构。主要向西北延伸的地层坡度小于30°，有很多特殊的断层构造以及大角度的正断层，同时，其中还存在诸多
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到复杂、由局部到全域的原则。通过对“子空间场”空间分布特征的观察和研究，可以推断和解释地层或地质物体的几何和物理特征。结合地表阻力剖面，对腾空空间分布进行综合分析。根据每条线的视在电阻剖面和目标层中对应的瞬时电磁采样迹线（深度），将目标层中的视在电阻值作为层平面进行比较，然后改变视在电阻剖面中的电阻.结合水文地质和野外调查资料，以地表电阻变化为依据，结合已知水文地质资料和野外调查资料综合分析，初步圈定出6号煤层似产气区。初步划分第六煤层疑似空域，第六煤层视电阻率超过400μm，划为可疑区域；干扰区划分为异常解释区。5.5 结果分析
通过密集有序的野外工作，地表地球物理调查完成该地区相关合同和项目的范围。施工过程中严格按照《煤电勘探规程》《地磁瞬变电磁铁技术规范》等相关要求，确保原始数据的可靠性。据统计，区内已完成大地测量点17个，瞬态电磁物理点3000个；已完成勘探工作6.5万m2。在数据处理、分析和解释过程中，应尽可能收集前期和周边地区的地质、钻井、水文等资料，并在详细处理后收集最终的解释图。初步区分疑似矿区和6号煤层解释异常区，对6号煤层疑似空域和勘探区两个疑似已开挖区块进行解释。面积约382m2，比较靠谱；据测算，第二部分勘探区面积约10255m2，较为靠谱，靠近勘探区南、东边界。对勘查区地表地物的影响和施工车辆造成的扰动是由于6/35断面煤层异常区内有两个区块。异常区域1，面积约5826m2，不靠谱；异常区2，面积57966m2，可靠性较低，位于勘探区的中部和南部。
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探测深度的合理性和深度噪声与信息噪声的比值。
（2）现场施工方法。在矿山中，单匝中心电路用于施工测量，小导体脉冲电流大，中心接地探头负责接收信号。在正式勘测前，确定合适的场地施工方法。根据实际地质条件和以往工作经验，对现场试验得到的数据进行说明，采用5×5m单线圈作为传动架。在区域内实现勘探目标。传输线长度为3m。重叠环路的对象在传输线的框架内。传输线支架和接收线圈由塑料管固定到位。施工过程中测量时，发射装置安装在固定测量标志上，严格按照设计规范施工。
（3）技术方法。现场施工必须严格按照相关技术规程进行。为保证瞬态电磁勘察和野外数据采集的质量，必须选择合适的积分增益时间。在获取瞬时变化的电磁场检测过程中，应避开强干扰源、磁场和金属干扰的分布，并根据实际施工方式选择。充分了解勘探区地电条件、施工时间、扰动背景及相关地球物理特征，科学评价试验结果，推动有针对性地调整施工方法和设备，使其达到最佳状态。在已知井周围的代表性部分上选择检查点。使用重叠循环运行对象，发射框架尺寸5×5m，供电电流1200A，供电频率8倍。
（4）测量网络的布局和实施。综合考虑矿区现阶段声场形成物质、场地地形条件和实物勘察设计要求，规划作业共布设东西向勘探线25条，远每条线之间的距离为40m，瞬时可变距离为20m。在根据位于I区和II区的位置线确定距离时，考虑到它们在老窑主的状态下的作用，可在3m范围内进行适当的密实化。计划安装物理转换点2755个，其中加密点1497个。此外，完成实践项目3020个，其中加密点1497个，计算过渡物理点2755个，其中本期加密点1435个。在第二区东北方150m×715m范围内增设334个临时电磁点，可在现场施工时相应改变作用区域和探测范围。西北角三号170m×5305m范围内去掉105个瞬变电磁点，再增加26个瞬变电磁点。实地勘测确定实物线路39条，测点3020个。其中，甲级2962座，乙级58座，分别占98.08%。1.92%合格率为100.00%。选取的2个测试点均符合标准，设计测试点83个，实际完成测试点105个，均方误差为6.79%。勘查点位分布和施工勘察阶段符合现有地质勘查和设计质量要求。5.4 数据分析
勘探区含煤地层主要为山西组、太原组等抗性较强的地层。低密度和高电阻率地层的物理性质与岩石有很大不同。矿区的电气解释是基于电气差异。一旦地下开采完成，自然规律将被打乱，物理性质的变化将导致矿区与围岩之间存在显着差异。如果没有水，则放电区域的电阻率高；如果有储水，电性能相对较低。正是这种电气特性的变化，导致矿区和周围岩石之间的巨大差异。电资料的解释和外推遵循由已知到未知、由点到面、由简单
6 结语
总而言之，煤炭是我国第一大能源，今后一段时间仍将是主要能源。然而，煤炭的过度开采会导致大面积的矿区和典型的地质灾害。在过去的几十年里，煤炭开采留下许多未知领域。它们破坏地表和岩石圈的自然平衡，影响生态环境和人类生存条件，对人身财产安全构成严重威胁。通过实物勘查发现矿区，是煤矿安全工作的一项重要工作。此外，施工方必须充分了解该区域以上区域的情况，必须充分了解该区域。但由于历史等因素，很多开放区域都没有相应的图纸，很难全面了解矿区的真实情况，因此，必须在该地区进行全面勘探，从根本推动矿山生产的顺利进行。
（作者单位：江苏华东八一四地球物理勘查有限公司（江苏
省有色金属华东地质勘查局八一四队））
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