矿井瞬变电磁法低阻层屏蔽问题解释
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图 1 全空间条件下 TEM 信号传播示意图
·70·
( 第 43 卷第 12 期)
试验·研究
由于二次场与巷道围岩地质体有关，如果围岩
介质为富水 性 岩 层，含 水 量 较 大，则 二 次 场 衰 减 变
慢，反之则衰减较快，因此通过分析瞬变电磁二次场
特征可以获得周围地质体信息。
矿井瞬变电磁法是基于全空间条件下的探测。
传播深度与巷道顶、底板介质中传播速度和电性介
质的分布、传播时间有关，因此瞬变电磁场探测深度
公式表示为:
D( t)
=
∫
t 0
v(
பைடு நூலகம்
ρ，t)
dt
( 2)
式中: ρ 为围岩介质的视电阻率，v 为电磁场的
传播速度。
1． 2 低阻屏蔽现象
在矿井瞬变电磁进行工作面顶底板富水性探测
时，瞬变电磁场以“烟圈”形状由发射线圈向周围地
Interpretation Study on Low Resistivity Layer Shielding Problems of Mine Transient Electromagnetic Method
WANG Sheng － long1 ，CHENG Jiu － long1，2 ，LI Fei1 ，XU Feng － lin1 ( 1． MOE Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control，Shandong University of Science and Technology， Qingdao 266590，China; 2． State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and
地层的响应特征，不能准确的对目标体进行探测。因此对于浅部含有低阻层的地层，应该根据其
反演得到的真实探测深度进行成图并结合其他的水文地质资料进行综合解释。
关键词: 矿井瞬变电磁; 低阻层屏蔽; 全空间效应; 能量衰减
中图分类号: P631． 8 + 4
文献标志码: A 文章编号: 1003 － 496X( 2012) 12 － 0069 － 03
试验·研究
( 2012 － 12)
·69·
矿井瞬变电磁法低阻层屏蔽问题 解释研究
王圣龙1 ，程久龙1，2 ，李 飞1 ，徐凤琳1
( 1． 山东科技大学 矿山灾害预防控制教育部重点实验室，山东 青岛 266590; 2． 中国矿业大学( 北京) 煤炭资源与安全
开采国家重点实验室，北京，100083)
摘 要: 低阻层的“隔离作用”最终导致晚期资料信噪比下降，达不到预想的勘探深度，缺失深部
Technology( Beijing) ，Beijing 100083，China) Abstract: The " isolation effect " of low resistivity layer makes late data signal － to － noise ratio decrease． The result is that the exploration depth which is expected can＇t be reached． Without response characteristics of the deep strata，an accurate detection of the target can＇t be achieved． Therefore，strata containing low resistivity layer in shallow strata can＇t be simply studied from the result of the transient electromagnetic detection，but should be studied with other hydrogeological data． Key words: mine transient electromagnetism; low resistivity layer shielding; the whole space effect; energy attenuation
质体传播，按过渡过程可分为早期和晚期 2 个阶段，
在这 2 个阶段中，感应场所提供的地质信息是不同
的，在早期较前阶段，感应电流主要集中于浅部地质
体附近，瞬变电磁接收到的信号不仅包括探测地质
因此瞬变响应来自于回线上下地层的综合信息，视
电阻率公式可表示为:
ρ
=
C
μ0 ( 4πt
2
μ0
Mq )
5tVz
2 /3
( 1)
式中: C 为全空间响应系数; M 为发射回线的磁
矩，u0 为磁导率; q 为接收线圈的有效面积; t 为瞬变 延迟时间; Vz 为感应电动势，其中 M = N × S，N 为发 射线圈匝数，S 为发射线圈面积。矿井瞬变电磁场
1 矿井瞬变电磁法
1． 1 基本原理 矿井瞬变电磁法是利用不接地回线于井下巷道
内设置通以一定电流的发射线圈，在其周围空间中
产生一次电磁场，并在巷道周围导电岩矿体中产生 感应电流。在电流断开之前，发射电流在回线周围 空间建立起一个稳定的磁场。然后将电流突然断 开，根据电磁感应理论该电流产生的磁场立即消失， 在一次场的激发下，地下地质体中激励起的感应涡 流将产生随时间变化的感应电磁场二次场，如图 1。
近年来矿井瞬变电磁法发展较快，矿井瞬变电 磁法勘探是地球物理勘探中的一个重要领域，它具 有探测方向性强，体积效应小、横向分辨率高、低阻 响应强等优点。已经广泛的应用于探测煤层顶底板 岩层及断层含水性、陷落柱富水性及导水通道。由 于井下实际条件的限制，发射线圈只能采用多匝小 线圈，瞬变电磁场在围岩中传播的过程是一个能量 不断衰减的过程，受制于趋肤效应，瞬变电磁场传播 具有最大探测深度，探测深度与围岩的岩性，发射磁 矩等有关。研究发现，如果沿着探测方向浅部存在 一低阻层，由于低阻屏蔽的影响，会造成最终数据的 部分缺失，增加了成果解释的困难性，因此研究矿井 瞬变电磁法低阻屏蔽资料综合解释具有现实意义。
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( 第 43 卷第 12 期)
试验·研究
由于二次场与巷道围岩地质体有关，如果围岩
介质为富水 性 岩 层，含 水 量 较 大，则 二 次 场 衰 减 变
慢，反之则衰减较快，因此通过分析瞬变电磁二次场
特征可以获得周围地质体信息。
矿井瞬变电磁法是基于全空间条件下的探测。
传播深度与巷道顶、底板介质中传播速度和电性介
质的分布、传播时间有关，因此瞬变电磁场探测深度
公式表示为:
D( t)
=
∫
t 0
v(
பைடு நூலகம்
ρ，t)
dt
( 2)
式中: ρ 为围岩介质的视电阻率，v 为电磁场的
传播速度。
1． 2 低阻屏蔽现象
在矿井瞬变电磁进行工作面顶底板富水性探测
时，瞬变电磁场以“烟圈”形状由发射线圈向周围地
Interpretation Study on Low Resistivity Layer Shielding Problems of Mine Transient Electromagnetic Method
WANG Sheng － long1 ，CHENG Jiu － long1，2 ，LI Fei1 ，XU Feng － lin1 ( 1． MOE Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control，Shandong University of Science and Technology， Qingdao 266590，China; 2． State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and
地层的响应特征，不能准确的对目标体进行探测。因此对于浅部含有低阻层的地层，应该根据其
反演得到的真实探测深度进行成图并结合其他的水文地质资料进行综合解释。
关键词: 矿井瞬变电磁; 低阻层屏蔽; 全空间效应; 能量衰减
中图分类号: P631． 8 + 4
文献标志码: A 文章编号: 1003 － 496X( 2012) 12 － 0069 － 03
试验·研究
( 2012 － 12)
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矿井瞬变电磁法低阻层屏蔽问题 解释研究
王圣龙1 ，程久龙1，2 ，李 飞1 ，徐凤琳1
( 1． 山东科技大学 矿山灾害预防控制教育部重点实验室，山东 青岛 266590; 2． 中国矿业大学( 北京) 煤炭资源与安全
开采国家重点实验室，北京，100083)
摘 要: 低阻层的“隔离作用”最终导致晚期资料信噪比下降，达不到预想的勘探深度，缺失深部
Technology( Beijing) ，Beijing 100083，China) Abstract: The " isolation effect " of low resistivity layer makes late data signal － to － noise ratio decrease． The result is that the exploration depth which is expected can＇t be reached． Without response characteristics of the deep strata，an accurate detection of the target can＇t be achieved． Therefore，strata containing low resistivity layer in shallow strata can＇t be simply studied from the result of the transient electromagnetic detection，but should be studied with other hydrogeological data． Key words: mine transient electromagnetism; low resistivity layer shielding; the whole space effect; energy attenuation
质体传播，按过渡过程可分为早期和晚期 2 个阶段，
在这 2 个阶段中，感应场所提供的地质信息是不同
的，在早期较前阶段，感应电流主要集中于浅部地质
体附近，瞬变电磁接收到的信号不仅包括探测地质
因此瞬变响应来自于回线上下地层的综合信息，视
电阻率公式可表示为:
ρ
=
C
μ0 ( 4πt
2
μ0
Mq )
5tVz
2 /3
( 1)
式中: C 为全空间响应系数; M 为发射回线的磁
矩，u0 为磁导率; q 为接收线圈的有效面积; t 为瞬变 延迟时间; Vz 为感应电动势，其中 M = N × S，N 为发 射线圈匝数，S 为发射线圈面积。矿井瞬变电磁场
1 矿井瞬变电磁法
1． 1 基本原理 矿井瞬变电磁法是利用不接地回线于井下巷道
内设置通以一定电流的发射线圈，在其周围空间中
产生一次电磁场，并在巷道周围导电岩矿体中产生 感应电流。在电流断开之前，发射电流在回线周围 空间建立起一个稳定的磁场。然后将电流突然断 开，根据电磁感应理论该电流产生的磁场立即消失， 在一次场的激发下，地下地质体中激励起的感应涡 流将产生随时间变化的感应电磁场二次场，如图 1。
近年来矿井瞬变电磁法发展较快，矿井瞬变电 磁法勘探是地球物理勘探中的一个重要领域，它具 有探测方向性强，体积效应小、横向分辨率高、低阻 响应强等优点。已经广泛的应用于探测煤层顶底板 岩层及断层含水性、陷落柱富水性及导水通道。由 于井下实际条件的限制，发射线圈只能采用多匝小 线圈，瞬变电磁场在围岩中传播的过程是一个能量 不断衰减的过程，受制于趋肤效应，瞬变电磁场传播 具有最大探测深度，探测深度与围岩的岩性，发射磁 矩等有关。研究发现，如果沿着探测方向浅部存在 一低阻层，由于低阻屏蔽的影响，会造成最终数据的 部分缺失，增加了成果解释的困难性，因此研究矿井 瞬变电磁法低阻屏蔽资料综合解释具有现实意义。