瞬变电磁技术方案

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1、福建华虹智能科技开发有限公司山东省临沂矿业集团田庄煤矿矿井瞬变电磁法探测技术方案山东省临沂矿业集团田庄煤矿福建华虹智能科技开发有限公司二0一一年四月12目录一、简述2二、矿井瞬变电磁法基本理论及探测方法22.1、基本原理22.2、矿井瞬变电磁法特点52.3、矿井瞬变电磁法探测方向设计62.4、仪器8三、现场探测布置83.1、测区183.1.1测区（四采煤1集运巷）工程概况83.1.2四采煤1集运巷现场测点布置：93.1.3采集参数设置：93.2、测区2103.2.1测区2工程概况103.2.2、测区

2、2现场测点布置：113.2.3采集参数设置：11四、需矿方协作事宜：11五、报告提交1212一、简述临沂矿业集团田庄煤矿现主采煤层位16上煤,本次探测的8602工作面开采煤层也是属于16上煤，16上煤到十四灰平均间距34.96m，奥灰至16上煤底的平均间距为49.57m，十四灰及奥灰水的富水性强，对16上煤的开采的危险很大；为了满足8602工作面回采工作安全高效的进行，及做好田庄煤矿防治水工作，由临沂矿业集团田庄煤矿和福建华虹智能科技开发有限公司共同实施本次针对8602工作面底板富水性的探测项目。二

3、、矿井瞬变电磁法基本理论及探测方法瞬变电磁法或称时间域电磁法(Timedomainelectromagneticmethods)，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电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。其基本工作方法是：于地面或井下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。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

4、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。122.1、基本原理在导电率为σ、导磁率为的均匀各向同性大地表面铺设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流，其中：（1）在电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场。在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维

5、持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会图1瞬变电磁法工作原理示意图即刻消失。由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止。12由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多，当一次电流断开时，一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围地表各点，因此，最初激发的感应电流局限于地表。地表各处感应电流的分布也是不均匀的，在紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间的推移，地下的感应电流便逐渐向下、向外扩散，其强度逐渐减弱，分布趋于均匀。研究结果表明，任一时刻地下涡旋电流在地表

6、产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线具有相同的形状。随着时间推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。等效电流环象从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，人们将涡旋电流向上、下和向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”（如图2所示）。“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：（2）（3）图2瞬变电磁场的烟圈效应式中a为发射线圈半径，。当发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小时，可得，故“烟圈”将沿47度倾斜锥面扩散（图4-2），

7、其向下传播的速度为：（4）12从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电性的垂向变化。2.2、矿井瞬变电磁法特点矿井瞬变电磁法基本原理与地面瞬变电磁法一样，采用仪器和测量数据的各种装置形式和时间窗口也相同。由于矿井瞬变电磁法勘探环境的限制，测量线圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般深度在120m左右。地面瞬变电磁法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自于地表以下半空间地层;而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种瞬变

8、响应是来自于回线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体的位置带来困难。实际资料解释中，必须结合具体地质和水文地质情况综合分析。矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法相比具有以下几个方面的特点：1）由于井下测量环境不同与地表，不可能采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）装置，只能采用边长小于3m的多匝小线框，因此数据采集工作量小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；2）由于采用小线圈测量，点距更密（一般为2-10m），降低体积效应的影响，提高勘探分辨率，特别是横向分辨率。123