大地电磁频谱测量法探测煤矿区陷落柱

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1、大地电磁频谱测量法探测煤矿区陷落柱摘要:大地电磁频谱测量是在大地电磁测深基础上发展起来的一种改进方法。文中简述了该方法的基本原理和特点，并建立大地电阻率模型，确定相关的校正系数，将所得的频率的标定直接转换为探测深度的刻度。详细给出了建立模型的方法以及对比、解释方法。通过陷落柱探测和煤层的识别等实例，说明了该方法的应用效果和应用前景。关键词：大地电磁频谱测量，方法原理，陷落柱，煤层1引言大地电磁测深法是以天然交变电磁场为场源的一种地球物理方法。该方法野外施工简便、成本低廉，此外还具有勘探深度大，不受高阻层屏蔽影响，对低阻层有较高的分辨能力等优点。当交变电磁场在地中传

2、播时，由于趋肤深度效应的作用，不同周期的信号具有不同的穿透深度，在地面上观测大地电磁场，它的频率响应将反映地下岩层电性的分布情况[1]。我们知道大地电磁测深法的探测深度与频率，上覆地层的电阻率密切相关，其关系并不是一种简单的线性关系。然而，通过研究和实际地质模型的实验计算，可将地层的电阻率近视为与深度呈某种关系，例如，线性关系、指数关系等。这样就在趋肤深度的关系式中可以将地层的电阻率消除掉，建立频率和探测深度的直接关系式，即通过频率的改变可以直接反映不同深度的地质情况[2][3]。大地电磁频谱测量方法是在大地电磁测深法的基础研究出一套特殊的观测系统，突破了传统电磁

3、波方法的深度刻度方法及解释模式，建立了新的深度坐标体系和深度刻度方法。利用现代电子技术和计算机技术，采集由地层反射到地面的电磁波信息，并进行处理分析和解释，结合地质及其它地球物理资料用于地层的分层、矿藏识别、地层的含水性、含油气性等评价。八十年代开始广泛的应用于地热勘探、油气勘探、有色金属矿床勘探等领域，取得了良好效果。九十年代中期也应用于煤系地层的追踪和对比、探测煤矿区的陷落柱、确定灰岩层中的含水性，为煤矿安全生产可靠的地质资料。大地电磁频谱探测方法具有几个明显的特点：①直接给出每个深度点上的相对电阻率值，且深度误差小，有钻孔标定的地区，其误差不大于5%;厚度分

4、辨率1米；②探测深度大，大于4000米;③探测效率高，每个测量点工作时间小于1小时;④仪器轻便（20kg左右），对施工场地要求简单。目前，国内外进行大地电磁法勘探，是针对不同的地质条件采取不同的野外资料采集方法和资料处理措施，取得一定的成就，但总体来说技术和方法尚未过关，仍属于世界性的难题，需要进一步深入研究和实践[4]。2方法原理和测量过程大地电磁频谱测量(简称MES探测)方法，属于利用天然场源的电磁波探测方法。是对大地电磁测深（MT）的改进和发展。电磁频谱的场源是太阳風或太阳黑子活动以及闪电、雷击等。尤其是太阳幅射，发射出大量粒子流，当其到达围绕地球的电离层时

5、，转换为电磁波。由于电离层远离地球表面，在其继续向地层内部传播时，可以近似地看作是地球表面垂直入射的平面波。沉积于地下的各种岩性的地层，通常将其视为水平层状介质。各种地层具有不同的物理性质（密度、速度、电阻率、导磁率等等）从而形成不同的波阻抗界面。电磁波的波阻抗与岩层的5电阻率、导磁率相关。电磁波在经过波阻抗界面时会产生反射，在地面接收并研究不同波阻抗界面反射的电磁波（水平电场分量Ex及与之正交的水平磁场分量Hy），可以得到地层电阻率随深度变化的信息。其中由电场强度和磁场强度的幅度分量可以获得地层电阻率的值，由电场强度和磁场强度的频率分量可以获得相关地层的深度信息

6、，结合地质及其它物探资料可以对地层的岩性、物性进行研究。在地壳岩石圈中，不同矿物岩石，具有很大的电阻率差异，如图1所示，这种物性差异是我们区分地下不同岩石、矿物及流体的物理基础。图1常见岩石、矿物的电阻率值范围大地电磁频谱测量法探测时布置特殊的观测系统，其突破了传统电磁波方法的深度刻度方法及解释模式，该方法最关键的理论是建立了频率与深度的某种直接关系，通过频率信息可以直接转换为深度信息。野外测量时，首先在已知的钻孔旁进行较为详细的大地电磁频谱测量，建立探测区地层相应的岩性与物性的关系，选择适合本区的测量技术参数，建立探测区的相关校正系数。大地电磁频谱测量仪器有四种

7、测量步长可供选择，分别为５米、２米、１米、０.5米。通常，在建立测区校正系数和相应的电阻率与岩性和物性关系时采用０.5米的步长，以精确地确定视电阻率曲线与各主要层位的关系。如果在电测井资料较多的地区工作，掌握测井曲线与对应的岩性或重要的标志层的对应关系，对于电磁频谱测量曲线的解释是十分重要的。3应用实例3.1建立模型由于三维地震勘探在柳林矿区的探测效果不太理想，层位对比不够清楚，尤其是对陷落柱的探测更加模糊。为了较为准确地确定矿区内主要煤层的展布及陷落柱的分布等情况，进行了MES探测。为了达到探测目的，在进行三维地震勘探原测线上，布置三条大地电磁频谱测线[5]。共

8、设计测点4