矿用瞬变电磁仪模板

1XX省XX集团XX矿井下物探实验报告XX迎头超前探瞬变电磁法物探实验报告中国地质大学（武汉）高科资源仪器探测研究所武汉地大华睿地学技术有限公司2013年10月28日2编制探测有效深度：XXX米数据采集人员：XXX数据来源：实测项目负责：XXX编制：XXX资料处理：XXX工程部审核：XXX方法部审核：XXX技术负责：XXX探测时间：XXX年XX月XX日施工单位：武汉地大华睿地学技术有限公司3目录一、本次探测任务及目的……………………………………11二、井下现场情况……………………………………………11三、现场探测示意图…………………………………………11四、水文地质资料……………………………………………11五、矿井瞬变电磁（TEM）的原理…………..……………11六、矿井瞬变电磁（TEM）的特点………………………………11七、矿井瞬变电磁法地球物理特征…………………………11八、矿井瞬变电磁工作仪器…………………………………11九、工作布置与工作量、技术措施及质量评述……………11十、矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释…………………11十一、成果与CAD对照图……………………………….…11十二、建议与结语……………………………………………111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，探测上组煤辅运南迎头超前探瞬变电磁法探测160m范围内含水情况，为布置探防水钻孔设计提供依据。一、本次探测任务及目的：1）基本测线3条，每条测线11个物理点，总计33个物理点。2）探测上组煤辅运南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、井下现场情况：对测区内煤层开采或水害治理提供物理探测技术依据三、现场探测示意图：2四、水文地质资料：根据实揭地质资料分析，本月掘进范围内水文地质条件简单；L/7-8灰水位标高(-290m)低于巷道底板标高（-142.3m），因此掘进过程中不受L/7-8灰水威胁；二/1煤层直接顶为大占砂岩，该砂岩富水性较弱对掘进影响不大；前方无老空,不受老空水威胁。顶底板岩层变化情况：二/1煤层老顶为大占砂岩，厚度14.7～23.1m，平均厚19.5m；直接顶为砂质泥岩，厚度0～2.7m，平均厚1.8m；直接底为砂质泥岩，厚度3.5～5.8m，平均厚4.5m；老底为L/8灰岩，厚度2.3～5.8m，平均厚3.7m。地质构造及煤层赋存情况：根据三维地震资料、钻孔资料及实揭地质资料分析，本月主要在二/1煤层及底部砂质泥岩中施工，目前迎头向前施工85m左右巷道位于SF/55（216°∠70°H=0～5m）正断层尖灭端附近，受断层影响，可能发育有次生构造，二/1煤厚5.0～7.0m，平均厚6.0m，二/1煤层结构简单，底板整体产状：270°～353°∠4°～6°。1、掘进过程中煤层较厚，应加强通风管理及瓦斯监测工作;2、受采掘活动影响，后生裂隙发育，煤（岩）层较破碎，施工过程中应加强顶板管理；3、掘进过程中要加强地质观测，发现异常情况及时向调度室和地测防治水科汇报。五、矿井瞬变电磁（TEM）的原理及特征：矿井瞬变电磁和地面瞬变电磁法的基本原理的一样的，理论上也完全可以使用地面电磁法的一切装置及采集参数，但受井下环境的影响，矿井瞬变电磁法与地面的TEM的数据采集与处理相比又有很大的区别。由于矿井轨道、高压环境及小规模线框装置的影响，在井下的探测深度很受限制，一般可以有效解释200m左右。另外地面瞬变法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自与地表以下半空间层，而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种响应来自回线平面上下（或两侧）3地层，这对确定异常体的位置带来很大的困难。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。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。在导电率为σ、导磁率为0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)(tI，其中：000ttIt（1）瞬变电磁法工作原理示意图在电流断开之前，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（如上图所示）。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持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止（见下图）。4电导率σ=0.1S/mT发射回线均匀半空间烟圈瞬变电磁法感应电磁场转换原理示意图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，人们将地下涡旋电流向下、向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”（如图下所示）。“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：202/8atcr0/4td5t0t=t3t=t2t=t1XTxZ-Z瞬变电磁场的烟圈效应式中a为发射线圈半径。发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小时，“烟圈”将沿倾斜锥面扩散，其向下传播的速度为：ttdv02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。六、矿井瞬变电磁（TEM）的特点：1、受矿井巷道的影响矿井瞬变电磁法只能采用边长1.5m的多匝回线装置，这与地面瞬变电磁法相比数据采集劳动强度小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；2、采用小规模回线装置系统，因此为了保证数据的质量、降低体积效应的影响、提高勘探分辨率，特别是横向分辨率；3、井下测量装置距离异常体更近，大大的提高测量信号的信噪比，经验表明，井下测量的信号强度比地面同样装置及参数设置的信号强很多；4、地面瞬变电磁法勘探一般只能将线框平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈放置于巷道底板测量，探测底板一定深度内含水性异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线框面平行巷道掘进前方，可进行超前探测；当线圈平行于巷道侧面煤层，可探测工作面内和顶底板一定范围内含水低阻异常体的发育规律；65、矿井瞬变电磁法对高阻层的穿透能力强，对低阻层有较高的分辨能力。在高阻地区如果用直流电法勘探要达到较大的探测深度，须有较大的极距，故其体积效应就大，而在高阻地区用较小的回线可达到较大的探测深度，故在同样的条件下TEM较直流电法的体积效应小得多。七、矿井瞬变电磁法地球物理特征：在探测富水区的位置及其分布范围等方面，瞬变电磁法是目前最有效的方法之一，其物理基础是富水区相对于周围地层有明显的电性差异。理论上讲，干燥岩石的电阻率值很大，但实际上地下岩石孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石的湿度或者含水饱和度的增加，电阻率急剧下降，即赋水性的不均匀程度在瞬变电磁参数图件上反映为电阻率的高低变化；当岩层完整时其电阻率较高，受构造运动或地下水作用的影响，部分地段岩层破碎或裂隙发育，破碎程度及其含水的饱和度越大（砂岩、灰岩富水性增强），岩石的导电性会显著增强，地层电阻率会明显降低，断面图上会有明显的低阻异常反映。正常情况下，各层位电性在横向上是相对均一的。当存在局部低阻异常体（裂隙带、富水区等）时，在断面上就会出现局部低电阻率异常区。从邻近井田钻孔电测井资料分析，从地表到5号煤层，正常地层的电阻率是依次继增的，当岩层富水时，其电阻率会降低，和围岩相比较形成低阻反映。为以导电性差异、电性感应差异作前提的瞬变电磁法探测技术的运用提供了良好的地球物理前提。八、矿井瞬变电磁工作仪器：现场仪器使用的为武汉地大华睿地学技术有限公司生产的YCS200矿用瞬变电磁仪和YCS60-F矿用隔爆兼本安型发射机（大功率）组合实现。这套矿用瞬变电磁仪对低阻充水破碎带反映特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且施工快捷、效率高等优点，既可以用于煤矿前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶、底板等探测，为煤矿企业在生产过程中水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。同时这套瞬变电磁仪系统可以通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比，从而加深勘探深度；通过多次脉冲激发场的重复测量叠加和空间域多次覆盖技术的应用提高信噪比，应用于工作复杂、噪声干扰大的煤矿井下水害超前7预报使用，有效勘探深度能达到200米。CUGTEM矿井瞬变电磁仪实物图九、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，沿上组煤辅运南迎头，布置测线3条（斜向上30°、顺层方向、斜向下30°方向），通过移动发射接收线圈，形成3条测的实测剖面。（a）煤层顶板巷道600探测方向发射线框煤层（b）煤层顶板巷道探测方向发射线框煤层（c）煤层顶板巷道探测方向发射线框煤层82468101214161810-210-1100101102103104X归一化电位值V(微伏／安)TEM线多测道剖面图400470553650764898105512401458171320142367278232713844451953116243733886261013911918140081646619354227502674031432369464342751045600002．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60A，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。十、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，由线到面，由简单到复杂的解释原则。首先对探测数据进行地下半空间和地形较正，消除地形对采集数据的影响。其次对地质不均匀体进行较正，消除不确定地质因素对所采集数据的影响。通过数据处理，给出了每条测线探测的等视电阻率剖面图。最后结合地质资料，把物探异常转化为地质异常。仪器采集的原始数据为归一化电位值即电位对电流的比值。将数据室内回放，原始数据打开后呈现如下图所示的两部分曲线，纵坐标表示某个测点的实测V/I值，从上到下依次为1～32道，可以选择更多道数。9-160-140-120-100-80-60-40-20020406080100120140160斜向上30°方向0102030405