水上瞬变电磁勘探技术

收稿日期：2012－04－18

作者简介：申青春（1983—），男，河南辉县人，助理工程师，2008年毕业于河南理工大学，主要从事矿井地质、防治水和物探工作，现任义煤集团地质研究所物探室副主任。

水上瞬变电磁勘探技术探讨

申青春1，吕东亮1，张春光1，刘俊生

2

（1．义煤集团公司地质研究所，河南义马472300；2．义煤集团公司，河南义马472300）

摘要：小浪底水库达到最高蓄水位（标高+275m ）后，将淹没义煤集团公司新安煤田的面积超过50km 2

，水

下压煤2.5亿t 。在小浪底水库蓄水前后，

对新安煤田淹没区进行水上瞬变电磁勘探，将极大丰富瞬变电磁法的内容和应用范围，使在小浪底水库淹没区及类似条件煤田顺利开展水上瞬变电磁勘探成为可能。介绍了在该区开展水上瞬变电磁勘的技术路线、方案以及主要研究内容等构想。预测结果认为，此次水勘探技术的应用，将解放水下压煤约1亿t ，价值600多亿元。关键词：水上瞬变电磁勘探；勘探技术；低阻层屏蔽；地表水中图分类号：P631．25

文献标志码：A

文章编号：1003－0506（2012）08－0041－02

Discussion on Transient Electromagnetic Exploration Techniques Above Water

Shen Qingchun 1，LüDongliang 1，Zhang Chunguang 1，Liu Junsheng 2

（1．Geological Institute ，Yima Coal Industry Group Co．，Ltd．，Yima 472300，China ；

2．Yima Coal Industry Group Co．，Ltd．，Yima 472300，China ）

Abstract ：50km 2of Xin'an coalfield in Yima Coal Industry Group Co．，Ltd．will be flooded once the water level of Xiaolangdi Dam res-ervoir reaches the highest storage level （+275m ）．Before and after impoundment of Xiaolangdi Dam reservoir ，transient electromagnet-ic prospecting above water was developed in Xin'an coalfield flooded area ，this will greatly enrich the contents of the transient electro-magnetic method and application scope ，which made electromagnetic exploration possible in similar conditions coalfield．Introduced the technical path ，plans and main researching content of carrying out transient electromagnetism above water．The prospect results show that ，the application of this technology can liberate approximately 100million tons coal underwater worth over 600billion yuan．Keywords ：transient electromagnetism exploration above water ；exploration techniques ；low resistivity layer shielding ；surface water

新安煤田是河南省重点大型煤田之一，煤炭资

源量估算为26亿t ，

－1000m 标高以浅面积约600km 2，是义煤集团四大煤田之一，目前有3对生产矿

井和1对在建矿井，分别为新安、新义、义安和孟津

煤矿。小浪底水库设计库容126.5亿m 3，有效库容

51亿m 3，水库面积278km 2

。小浪底水库达到最高蓄水位（标高+275m ）后，将淹没新安煤田50km 2以上，水下压煤2.5亿t 。其中，淹没新安井田东翼21.7km 2，水下压煤1.2亿t 。

小浪底水库蓄水后，区域水文地质条件和矿井充水条件将发生重大改变，矿井水害加剧，矿井防治水难度加大，矿井水文地质条件继续向复杂方向转

化。新安煤田地表仅有畛河、石寺河、北冶河等数条

季节性河流，对矿井的充水作用有限。小浪底水库蓄水后，地表水将成为矿井的重要充水因素之一。新安煤田浅部曾存在数百个大小不等的小煤矿，其中有数十个小煤矿井口处于淹没区内，加之小煤矿采空区相互连通，造成小窑水与地表水连为一体，对新安煤矿等矿井构成极大水害威胁。由于受地表水、小窑水的补给充足，径流途径缩短等原因，地下含水层对矿井的充水作用也在增大。这样，新安煤田在开采过程中，在垂向上，上部受水库水的威胁，下部受底板奥灰水威胁，侧向上受小窑水威胁。为在小浪底水库蓄水前后顺利探查新安煤田水文地质条件，探查地表水体与地下含水层之间的水力联系，圈定奥灰等主要含水层富水区域及小窑采

空区存在情况，

义煤集团将在小浪底水库蓄水前后对新安煤田淹没区开展水上瞬变电磁勘探，为新安

煤田各矿井防治水工作提供参考和指导。

·

14·

1勘探方法

瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method ，

TEM ）是地球物理探测中最有效的电磁方法之一。它探测深度大，分辨率高，简便易行，探测速度快，抗干扰能力强，探测效果好。其工作原理是利用发射回线向地下发射不同频率的电磁脉冲，

该脉冲的下降沿产生变化的一次场并向周围空间扩散。该一次场进入地下导电介质时，便产生随时间变化的二次场，对二次场进行观测和反演解释，便可以获得地下介质的电导率值、电性分层、厚度变化、电性体埋深和产状以及地下电性结构等有关信息。

2

技术路线和方案

2.1

技术路线

研究方法遵循从已知到未知、从点到面、正演和反演相结合的方法。①对新安煤田以往的地质和物探资料进行收集整理，归纳成功经验，并为后续水上瞬变电磁勘探资料对比、分析提供素材；②选取目标区为勘探对象，并选择合适地点进行试验，使用多种勘探方法进行探测，确定较为合理的工作装置和参数；③在重点区域布置测线网进行较大范围勘探工作；④对地质、水文地质和物探等资料进行综合分析研究，最终得出结论。技术路线如图1所示

。

图1

技术路线

2.2

技术方案

（1）研究新安煤田及小浪底水库淹没区域的地

质和水文地质条件，选定此次水上瞬变电磁勘探技术研究的区域和范围，设计水上瞬变电磁勘探施工方案。

（2）在选定的区域和范围内，根据不同季节和淹没情况，在水上和间接性淹没区进行瞬变电磁勘探的数据采集工作，确定施工中各种影响因素，明确各个影响因素可能造成的后果，找出抑制或消除各种影响因素的办法，

提高原始数据质量。（3）对水上和间接性淹没区瞬变电磁勘探数据进行处理和资料解释，对比2次瞬变电磁勘探成果。

（4）结合新安煤田及小浪底水库淹没区域的地质和水文地质条件，查明地下含水层的分布范围和富水程度，对地表水和地下含水层、地表水和小窑水、

小窑水和地下含水层及地下各含水层之间的水力联系进行分析评价，以指导新安煤田各矿井的水体下采煤工作

［1-2］

。

3主要研究内容

（1）水面瞬变电磁勘探方案。研究并设计水上瞬变电磁勘探施工方法，进行现场施工、数据采集，并经数据处理后综合对比各施工方法的优劣。

（2）低阻层（水体）屏蔽问题。针对现场施工时采用的瞬变电磁装置，推导出对应的半空间水平层状介质瞬变电磁响应的解析解，计算地电模型的瞬变场曲线，研究低阻层对TEM 法测深的影响。

（3）进行瞬变电磁场的二维时域有限差分（FDTD ）对瞬变电磁场的数值模拟，直接在时间域观察电磁波传播和扩散的全过程，描绘不同时刻瞬变电磁场的空间分布，将地面瞬变场响应与扩散场内地质异常体的相互作用有机联系起来，展现低阻层的作用机理。

（4）对低阻层屏蔽作用的处理技术。

4结语

（1）水上瞬变电磁勘探技术的研究应用，将极

大丰富瞬变电磁法的内容和应用范围，提高新安煤田各矿井的防治水技术水平，使在小浪底水库淹没区及类似条件的煤田顺利开展水文地质条件探查成为可能，具有巨大的推广应用价值和借鉴意义。

（2）每年可为新安煤田节约井下物、钻探费用上千万元，能够有效避免因小浪底水库淹没区下水文地质条件不清而造成的透（突）水事故。同时可以解放新安煤田水下压煤约1亿t ，价值600多亿元，具有巨大的经济效益和社会效益。参考文献：

［1］祝杰，雷宛，吴有亮．水上瞬变电磁勘探在西气东输工程中应

用研究［

J ］．工程球物理学报，2010（10）：9-12．［2］蒋邦远．实用近区磁源瞬变电磁法勘探［M ］．北京：地质出版

社，

2007．（责任编辑：刘欢欢）

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