曹勝洪

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源的消耗和需求量不斷增加。煤炭作為黑金，其在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。我國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量較多，技術(shù)人員在進(jìn)行煤田開(kāi)發(fā)時(shí)需要對(duì)其水文環(huán)境進(jìn)行科學(xué)調(diào)查，保證煤田開(kāi)發(fā)的安全性，文章將對(duì)煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：煤田；水文地質(zhì)；瞬變電磁法；應(yīng)用

1 煤田水文地質(zhì)調(diào)查概述

1.1 煤田水文地質(zhì)探查概述

改革開(kāi)放之后我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)得到快速發(fā)展，各行各業(yè)都進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的歷史時(shí)期。經(jīng)濟(jì)的持續(xù)繁榮增加了對(duì)能源的需求。煤炭是我國(guó)重要的能源之一。煤炭資源的開(kāi)發(fā)和利用能夠極大的促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展，維護(hù)我國(guó)的能源安全。但是我國(guó)煤田較多的儲(chǔ)存在較深的地層之中，由于各個(gè)地方的地質(zhì)條件不盡相同，技術(shù)人員在進(jìn)行煤炭資源的開(kāi)采利用時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)煤田水文地質(zhì)條件的勘察，制定出最為科學(xué)的開(kāi)采方案，最大限度的保障作業(yè)人員的施工安全，提高煤田開(kāi)采效率，增加企業(yè)的投資效益。

1.2 瞬變電磁法概述

上世紀(jì)由蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)明的時(shí)域電磁探測(cè)技術(shù)能夠探測(cè)深度較大的礦井，且其縱向探測(cè)的分辨率比較高，因此在礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用。瞬變電磁法是當(dāng)前煤田水文地質(zhì)調(diào)查技術(shù)人員應(yīng)用較多的技術(shù)手段，其能夠探測(cè)的深度范圍較大，能夠有效分析不同地質(zhì)環(huán)境下的水文地質(zhì)情況，因此這種方法在我國(guó)油田開(kāi)采、地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)、煤田開(kāi)發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用。

2 煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法的應(yīng)用分析

2.1 瞬變電磁法技術(shù)原理

在我國(guó)的煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法得到廣泛的應(yīng)用，其利用線路中不接地回線或接地線源脈沖磁場(chǎng)，在勘測(cè)區(qū)向地下發(fā)射一次電磁場(chǎng)，發(fā)射電磁場(chǎng)后利用電磁線圈接受地下良導(dǎo)地質(zhì)體產(chǎn)生的二次渦旋電磁場(chǎng)，根據(jù)其二次電磁場(chǎng)時(shí)域空間內(nèi)的分布特性，對(duì)地下礦藏以及地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行判斷和分析。從而能夠?qū)γ禾锼牡刭|(zhì)的不同層面進(jìn)行探測(cè)和分析。瞬變電磁法能夠充分利用地質(zhì)體良導(dǎo)效應(yīng)進(jìn)行響應(yīng)，這種方法能夠?qū)γ禾锏拿簩禹數(shù)缀畬舆M(jìn)行科學(xué)的劃分，還能夠?qū)γ簩有螒B(tài)及陷落進(jìn)行探測(cè)，以及對(duì)煤田斷層及其裂隙的導(dǎo)水性進(jìn)行判斷和評(píng)價(jià)。瞬變電磁法的穿透能力很強(qiáng)，其在探測(cè)時(shí)能夠覆蓋較大的區(qū)域，并且受地形的影響較小，適應(yīng)能力較強(qiáng)。瞬變電磁法是時(shí)域內(nèi)的測(cè)量方法，其測(cè)量速度比較快，工作效率和精度都比較高。

2.2 煤田地質(zhì)水文調(diào)查中瞬變電磁法特點(diǎn)

（1）分辨率高：由于觀測(cè)的是純二次場(chǎng)，可在近區(qū)觀測(cè)，可采用同點(diǎn)組合（重疊回線、中心回線法）法和大定源回線觀測(cè)，與探測(cè)目標(biāo)耦合好，取得的異常幅度強(qiáng)、形態(tài)簡(jiǎn)單、分層能力強(qiáng)。（2）勘查的深度范圍大：在目前的技術(shù)條件下，勘查范圍淺可至幾米、深可達(dá)一千米；隨著采集儀器、資料處理解釋方法的進(jìn)步，勘查深度范圍還能進(jìn)一步的擴(kuò)大。（3）地形影響較?。涸诟咦鑷鷰r地區(qū)地形起伏引起的假異常較?。辉诘妥鑷鷰r地區(qū)，由于是多道觀測(cè)，早期地形影響也較易識(shí)別。（4）信息豐富：剖面測(cè)量與測(cè)深工作同時(shí)進(jìn)行，提供的地電信息豐富，便于資料的解釋。（5）資料信噪比高：人工源方法，且可很容易地實(shí)現(xiàn)多次疊加（可達(dá)幾百次至幾千次），資料信噪比較高。（6）適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)：由于可采用不接地回線發(fā)射與接收，不存在接地電阻問(wèn)題，在基巖出露區(qū)、凍土帶、沙漠、水泥路面、江河湖海水面上均可進(jìn)行測(cè)量。具有適用范圍廣、施工方便、工作效率高的特點(diǎn)。（7）應(yīng)用領(lǐng)域廣：瞬變電磁法可解決的地質(zhì)問(wèn)題有能源、礦產(chǎn)勘查、水文、工程、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、考古探測(cè)等。

2.3 煤田水文地質(zhì)瞬變電磁法勘探技術(shù)的工作方法及測(cè)網(wǎng)布置探析

瞬變電磁法的測(cè)量裝置由發(fā)射回線和接收回線兩部分組成，常用的地面測(cè)量裝置有三種：（1）同點(diǎn)回線裝置，根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈的相互位置不同，又可分為重疊回線（圖1a左）和中心回線（圖1a右）兩種裝置形式裝置；（2）分離回線裝置，也稱偶極裝置（圖1b），發(fā)射回線和接收回線保持一定的距離，兩回線的尺寸可以相同，也可以不同；（3）框-回線裝置又稱大回線定源裝置（圖1c），發(fā)射回線采用邊長(zhǎng)數(shù)百米的矩形回線，在回線內(nèi)外布置測(cè)線，用小型線圈或探頭沿測(cè)線觀測(cè)。

一般會(huì)使用大回線定源裝置進(jìn)行測(cè)量，其方法便于施工，施工速度快，勘查深度大、施工效率高的優(yōu)點(diǎn)。

測(cè)網(wǎng)要沿著測(cè)線中心方向布設(shè)測(cè)量，應(yīng)垂直構(gòu)造布置測(cè)線。瞬變電磁法施工前必須進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下。

（1）儀器穩(wěn)定性試驗(yàn)：確定儀器是否能滿足本次TEM法勘探技術(shù)質(zhì)量要求。（2）參數(shù)選擇試驗(yàn)：通過(guò)一定數(shù)量點(diǎn)試驗(yàn)，選擇合適的采集參數(shù)。包括：發(fā)射邊框大小試驗(yàn)、發(fā)射頻率試驗(yàn)、發(fā)射電流試驗(yàn)、高壓線的影響范圍等。（3）方法有效性試驗(yàn)：通過(guò)在已知鉆孔附近開(kāi)展剖面試驗(yàn)工作，檢驗(yàn)采集參數(shù)的合理性及方法的有效性。（4）噪聲調(diào)查試驗(yàn)：為了更好地對(duì)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)行背景噪聲測(cè)量，了解勘探區(qū)噪聲環(huán)境，為后期的資料處理提供依據(jù)。

3 實(shí)例分析

2014年在山西省陽(yáng)泉市某一小煤礦進(jìn)行了瞬變電磁法地面找水勘探，共設(shè)計(jì)25條測(cè)線，網(wǎng)度為：線距為40m，點(diǎn)距為20m，供電線框300m×320m。

由于9號(hào)煤層埋藏較淺，露頭位置存在私采現(xiàn)象，受采動(dòng)影響，煤層頂、底板遭到破壞致使裂隙發(fā)育，可能導(dǎo)通大氣降水，局部形成富集，威脅煤層的開(kāi)采。

通過(guò)對(duì)全區(qū)25條測(cè)線視電阻率斷面圖和9號(hào)煤層視電阻率順層切片平面圖及已知地質(zhì)資料等資料進(jìn)行的綜合分析等資料綜合分析，認(rèn)為全區(qū)采空區(qū)低阻異常特征相對(duì)明顯，規(guī)模異常在縱斷面呈現(xiàn)為等值線梯度較大，在平面上電性差異明顯，這些為評(píng)價(jià)采空區(qū)富水性提供了充分的電性依據(jù)。主要成果如下。

Ⅰ類強(qiáng)富水區(qū)：該類異常區(qū)面積大，視電阻率值相對(duì)較低，或構(gòu)造發(fā)育的有利部位，根據(jù)其分布分別標(biāo)記為Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅰ5、Ⅰ6，其中Ⅰ1富水區(qū)面積約為59600m2；Ⅰ2富水區(qū)面積約為7800m2；Ⅰ3富水區(qū)面積約為77700m2；Ⅰ4富水區(qū)面積約為6400m2；Ⅰ5富水區(qū)面積約為8300m2；Ⅰ6富水區(qū)面積約為8700m2；富水區(qū)面積約為168500m2。

Ⅱ類強(qiáng)富水區(qū)：位于Ⅰ類強(qiáng)富水區(qū)外圍，根據(jù)其分布分別標(biāo)記為Ⅱ1、Ⅱ2，其富水區(qū)總面積為410500m2。（見(jiàn)圖2）

4 結(jié)束語(yǔ)

煤炭資源作為重要的能源來(lái)源，其在工業(yè)革命之后一直為世界上各行各業(yè)最為重要的能源資源。我國(guó)煤炭資源較為豐富，煤炭長(zhǎng)期為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展發(fā)揮較為突出的作用。但是煤炭資源開(kāi)采需要在嚴(yán)格、科學(xué)的調(diào)查研究之后才能安全進(jìn)行，才能充分保證開(kāi)發(fā)的安全性和高效性。文章對(duì)煤田地質(zhì)水文調(diào)查瞬變電磁法的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行探討，希望能夠提高煤田資源勘察的科學(xué)性和安全性。

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