复杂条件下瞬变电磁法数据处理技术

一、项目名称复杂条件下瞬变电磁法数据处理技术二、项目简介本项目属于煤矿安全领域，针对勘探区不同程度存有的地形和电磁噪声对瞬变电磁法勘探效果的影响展开研究。

随着煤炭开采技术的进步，对危险源勘探精度等安全指标的要求随之提高。

因此，消除地形及电磁噪声因素影响，进一步提高瞬变电磁法精细化探测技术显得极为迫切。

中煤科工集团西安研究院有限公司以2015年度技术创新项目“地面TEM数据地形校正及电磁干扰压制技术研究（2015XAYZD14）”为依托，旨在开发解决复杂条件下瞬变电磁法数据处理技术。

项目研究突破常规复杂条件的认识，从理论基础出发深入研究地形和电磁干扰影响机理，通过对不同地电模型和干扰特征的模拟与噪声提取，针对性开发地形影响与电磁干扰校正技术。

主要取得以下创新成果：1）纯地形自适应的校正技术采用三维正演数值模拟方法，研究带地形地电模型和激发场源畸变特征，进而分析各典型地形条件下二次场响应特征，总结纯地形影响机理。

基于上述研究，根据地表起伏形态，引入各测点实际高程进行计算校正，形成自适应的地形较正技术。

2）基于缓变地层条件的电磁干扰校正技术基于含煤地层横向上电性变化相对均一、纵向亦有统一规律的认识，参考相邻测点未受干扰数据，通过线性采样密集数据在限差、拟合的技术下对夹杂的电磁干扰进行噪声去除，使数据回归应有的地电特征。

项目取得已授权发明专利1项，软件著作权6项，发表论文15篇。

提高了复杂条件下瞬变电磁法数据处理能力和适用性，为保障煤矿安全高效生产起到了积极作用。

项目研究的数据处理技术在陕北、黄陵、临汾、新疆、宁夏等矿区大量应用，经超过70次钻探和井下揭露证明，探测结果准确率超过80%。

项目研究成果应用效果好，提高勘探解释可靠性，促进处理技术发展，取得了明显的经济和社会效益。

要完成人，自 2014年开始，依托中煤科工集团西安研究有限公司科技创新基金项目计划，在复杂条件下瞬变电磁法数据处理方面长期开展合作研究。

第一完成人为整个项目总负责人，主要工作包括：确定本项目的总体技术方向，负责具体组织实施；主持地形校正与电磁干扰影响技术研究，进行了电磁干扰校正技术开发；编写了瞬变电磁法电磁干扰校正软件。

第二完成人侯彦威和第三完成人马炳镇为项目主要参与人，理论研究负责人，分析研究了地形影响特征，创新性的提出并实现了“纯地形自适应的地形影响校正技术”，编制和调试了校正程序；负责组织实施了所需的试验工作，具体包括：试验设计、试验具体实施、试验数据分析、调整试验参数、试验总结等，为项目得到可靠的成果结论和顺利完成做出了贡献。

其他各主要完成人在项目中为理论分析研究、编制和调试了程序代码、数值模拟计算及特征分析方面均做出了技术创造性贡献。

整个研究团队组织协调有序，对待研究议题大胆假设、小心求证，项目成员相互协助、攻坚克难，为项目顺利的完成均付出了辛勤的努力。

2014年“TEM地形影响校正方法”获得中煤科工集团西安研究院工会优秀成果二等奖；2016年“TEM强电磁干扰校正方法”获得中煤科工集团西安研究院工会优秀成果二等奖；2017年“地面TEM关键技术研究及处理平台开发”获得西安市科学技术二等奖。

五、主要论文专著目录七、客观评价当前煤矿区普遍存在地形起伏较大、电磁噪声不可避免等客观因素，降低了地面瞬变电磁法的勘探精度和分辨能力，进而影响煤矿生产安全。

项目针对此种复杂条件下的瞬变电磁数据处理技术，通过三维数值模拟、现场试验等手段对地形校正与干扰去除技术展开研究，成果在近三年数十个探测工程中应用，经超过70次钻探与巷道揭露，成果准确、应用效果明显。

主要成果有：对地形影响下的一次场和二次场响应特征进行分析总结，开发出有效的地形校正处理技术，并编制地形校正处理软件；对瞬变电磁算术坐标等间隔采样数据合成方法进行优化，对瞬变电磁信号地层因子转换、电噪干扰影响特征予以研究，通过曲线拟合技术去除电噪干扰，开发相匹配的软件。

以上处理软件均取得相应软件著作权，为当前瞬变电磁数据处理提供了可靠、便利的平台。

该项目取得的成果在我国大多数矿区进行投入应用，效果明显，具有以下效益：（1）提高瞬变电磁探测结果可靠性煤矿水害事故屡见不鲜，使用该处理技术提高瞬变电磁探测结果可靠性，对煤矿水害有效探测和防治意义明显，促进煤炭行业安全技术发展。

（2）为地形复杂及电磁干扰较严重区应用瞬变电磁法提供技术支持我国大多数矿区为山地地形，地面起伏大；随着社会发展与工业设施完善，输电线路随处可见，电磁噪声不可避免。

两类因素对瞬变电磁探测方法的应用形成复杂条件。

复杂条件下的矿区水害防治是资源开采面临最重要的问题之一。

项目研究成果使复杂条件下地下灾害水源的瞬变电磁探测成为可选项，为煤炭资源的安全开采与水害防治提供可靠的水文物探技术，具有很好的市场前景。

推广应用前景煤炭企业每年都投入大量资金用于矿井的水文地质条件探查工作，地面瞬变电磁法作为主要勘探手段之一，在煤矿防治水安全生产中发挥着愈来愈重要的作用，提高该勘探法资料解释的可靠性，可以大量的减少钻探工程费用，并且提高勘探效率。

本项目的研究成果在存在水患威胁的矿区有着巨大的市场需求前景，可望形成一个新的产业生长点，带动我院和相关行业的经济发展。

该技术主要服务于煤炭行业，它不仅对我院和应用单位的经济有一定的带动作用，而且在保证煤矿安全生产、提高煤矿经济效益、合理开发利用煤炭资源、保护矿山地质环境等方面，将发挥出更大的潜在社会效益。

八、推广应用情况本项目研究成果具有代表性和广泛的适用性，已在本单位电法所地面瞬变电磁数据处理中得到应用，已验证完成的工程表明，钻探掘进结果与处理成果吻合，得到甲方的认可。

近三年电法所地面瞬变电磁工程合同额累计近亿元，几乎每个工区均应用本项目部分或全部成果。

开展复杂条件下地面瞬变电磁数据处理技术研究，通过有效预测老窑采空区积水、火烧区水、奥灰水等隐蔽致灾体，可以对煤矿开采工作面提前预警，避免安全隐患，确保采煤工作面正常化开采，保证煤矿安全生产，给煤矿安全生产带来巨大的经济效益和社会效益。

典型应用案例如下：（1）张家峁煤矿2-2和3-1煤火烧区及富水性探测在张家峁煤矿14.1 km2范围内进行了瞬变电磁法和磁法探查工作，项目合同额498万元。

测区地形属黄土丘陵沟壑区与风沙滩区并存，沟壑区地形起伏较大；另外，测区内有上百千伏高压输电线路多条，属强电磁干扰源。

这些影响因素使瞬变电磁法探测环境变得复杂，严重影响数据质量。

经采用本项目技术成果校正后，提高了解释精度，推断成果经11个钻孔验证，均与推断成果吻合，为工作面的合理布置和后期防治水工作的实施提供了科学依据，使2-2煤层煤炭资源储量有所增加，提高了回采率。

该技术成果于2014年6月21日，经陕西省煤炭学会组织有关专家鉴定为国内领先。

（2）临汾地区采空区及积水范围探查2016年至2017年初，在临汾地区陆续开展了14个煤矿的采空区及积水范围探查工程，乡宁县、翼城县地形冲沟较为发育，古县、蒲县、洪洞县属山区地形，条件非常复杂；大部分探测区有强电磁干扰源，部分测区有民用或工业输电线路，电磁噪声影响较大。

这些不利因素使瞬变电磁法探测环境变得复杂，严重影响数据质量。

应用了本次申报项目中的电磁干扰和地形影响校正处理技术，使受影响数据回归了应有的衰减变化规律，更符合地层地电特征的变化趋势，效果明显，顺利完成了各煤矿要求的探测任务，探明了采空区的分布范围，为煤矿后续工作面布置及资源准确回采做出了贡献。

（3）榆林府谷县和横山县采空区物探数据采集2016年初开始实施，合同额606万元，共涉及24个煤矿（先期府谷县13个煤矿）。

测区地形均沟壑纵横，十分复杂，多数测区存在强电磁干扰源，严重影响数据质量，若不进行校正，无法完成探测任务。

采用本项目技术成果，校正了受地形和强电磁干扰影响的数据，滤除了干扰信号，保留了数据应有的变化规律，为反演解释奠定了基础。

综合推断解释的成果经钻探验证准确率平均大于80%。

（4）俄矿东翼烧变区及接续工作面地面综合物探工程徐矿集团新疆库车县俄霍布拉克煤矿下5煤层的5102、5104、5106综放工作面北侧临近烧变岩，前期地质勘探显示烧变岩大量积水，现已有水文地质资料对规划综放工作面长度和切眼位置指导性不够。

若切眼布置在烧变岩区附近，则容易贯通烧变岩含水区，形成安全威胁；若将切眼布置在保守位置，则损失煤炭开采量。

采用地面瞬变电磁法对工作面与烧变岩区域进行地下水探测，根据探测结果确定工作面延伸长度和切眼位置。

由于探测区内存在地面输电线路和地埋通讯线缆，瞬变电磁信号受到明显的电磁干扰。

又由于探测区地表风化严重，沟壑纵横，存在较大地形落差，使得瞬变电磁信号受到地形影响。

采用本项目技术成果，校正了受地形和强电磁干扰影响的数据，滤除了干扰信号，保留了数据应有的变化规律。

经反演处理得到的结果吻合探测区地质规律，圈定的积水区与实际情况符合。

后期井下掘进揭露情况进一步验证了成果的准确性。

项目成果为合理规划接续工作面长度和切眼位置提供了准确有效的资料，帮助矿方解放大量资源，增加了经济效益。

（5）榆树泉煤矿下5、下10煤烧变岩范围及其相对富水区电磁法探测工程榆树泉煤矿开在下10煤层，面临上部下5煤层烧变岩含水层和井田边界下10煤烧变岩的威胁，东翼1012备采工作面回风顺槽自2014年10月3日超前钻探出水后，出水持续至今（约50m3/h）。

为科学规划防治水措施，采用地面瞬变电磁法探测地下水分别在下5煤烧变岩和下10煤烧变岩的分布。

由于测区地表处煤层出露并火烧，地形变化非常剧烈，且敷设有一趟专供俄霍布拉克煤矿的30KV工业电路，使得采集的瞬变电磁信号参杂明显的地形与电磁噪声的干扰。

采用本项目研究的地形校正与电磁噪声压制技术进行处理后，跳变的数据曲线明显变得光滑，与地层地电断面更加符合。

进一步处理的电阻率断面图反映了出水点处的低阻异常，分别圈定了下5、下10煤层的富水区范围，为防治水措施提供了准确的资料。

成果提交后，矿方使用井下钻探对两层烧变岩的富水区进行验证，均符合实际情况。

（6）碱沟煤矿原安宁渠煤矿采空区电法勘探工程、碱沟煤矿电法勘探工程碱沟煤矿开采约86o的立槽煤，+495m水平B3、B6巷道现已顺利通过原安宁渠区煤矿，在掘进期间和回采前使用钻探在B3、B6巷道对顶板采空区进行了探查，结果显示原安宁渠区煤矿主副井西部+522m~+572m之间存在仓柱式采空区，且有一定积水。

采用地面瞬变电磁法对B3+6煤层采空区及其积水范围进行探测，因效果较好，后续又对存在同样问题的B1+2煤层进行了采空区及其积水范围的探测。

由于立槽煤开采的原因，地面塌陷非常严重，存在大量的陡坎，给地面瞬变电磁信号施加了严重的地形影响，又因为靠近矿区工业广场，电磁噪声干扰也夹杂其中，弱化了数据中地下采空区的反映。