于世洋 林向东 刘晓艳
吉林省煤田地质局物测队 吉林 长春 130000
摘要：瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。由于该方法是观测纯二次场，消除了由一次场所产生的装置偶合噪音，具有体积效应小、横向分辨率高、探测深度深、对低阻反映灵敏、与探测地质体有最佳偶合、受旁侧地质体影响小等优点。通过此方法对珲春某采空塌陷区进行探测的分析，说明在采空塌陷探测方面，瞬变电磁法是一种有效的探测方法。
关键词：瞬变电磁法；采空塌陷区；应用
1引言
自20世纪末以来，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区，这是影响目前矿山安全生产的主要危害源之一 。山西、广西、甘肃等省的许多矿山都存在大量的采空区，致使矿山开采条件恶化，引起矿柱变形、相邻作业区采场和巷道维护困难、井下大面积冒落、岩移及地表塌陷等，更为严重的是空区突然垮塌的高速气流和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏，这些都给矿山安全生产构成严重威胁，并造成环境恶化、矿产资源严重浪费。目前，地下空区已经成为制约矿山发展及采空区上部城市化发展的一个重要难题 ，随着矿山向深部开采，容易发生坍塌事故，而且受到采空区的影响，很多建筑物无法进行建设，给人们的生活生产带来不便；地下开采残留大量的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，对露天开采带来了严重的隐患，同时给矿山工作人员和设备带来严重的威胁。因此，我们要探明采空塌陷区的大致范围，以免造成不必要的损害。
2 地质概况
2.1 地形地貌
本区地处珲春河谷平原地区，地形平坦平均标高约为30米左右。区内有水田，北部边缘由于地势较高，多耕植旱田。
2.2 气象水文
本区地处中纬度，属北寒温带，近海型大陆季风气候。春季干冷风大，夏秋两季温热多雨，冬季严寒多风。珲春河自矿区南侧由东向西流过，最终注入图们江。
2.3 地层岩性
本区内地层由中生界侏罗系至新生界第四系组成地层由老至新分述如下。中生界：侏罗系中上统屯田营组(J3t)为煤系的直接基底，主要出露于板石I区、五家子区、庙岭和骆驼河子区边缘。新生界：①下第三季古新～渐新统珲春组(E2－3h)为珲春盆地内含煤地层，分布于板石、五家子、庙岭、骆驼河子、三道岭、城西、英安、八连城一带。②第四系全新统(Q)主要沉积物为腐植土，亚粘土及亚砂土、细砾石及河卵石等，山坡上有粘土与角砾石堆积。
2.4构造活动
本区构造复杂，以断裂为主，褶皱平缓起伏。地层走向总体为NNE、向西平缓倾斜。倾角一般为8°～12°。区内褶皱形态为一轴向近东西、向西倾伏的宽缓对称背斜，称城西背斜。
3瞬变电磁法原理概述
瞬变电磁法的工作原理，是在地表敷设不接地线框或接地电极，输入交变电流，当回线中电流突然断开时，在下半空间就要激励起感应涡流以维持断开电流前已存在的磁场，并且此涡流场随时间以等效涡流环的形式向下传播、向外扩展。利用不接地线圈、接地电极或地面中心探头观测此二次涡流磁场或电场的变化情况，可用以研究浅层至中深层的地电结构，由于是在没有一次场背景的情形下观测纯二次场异常，因而异常更直接、探测效果更明显、原始数据的保真度更高。
4工作方法
4.1仪器设备介绍
本次施工选用CUGTEM-8型瞬变电磁仪系统进行探测，由中国地质大学地大华睿地学技术地大高科资源探测仪器研究所研制，该设备为当前最新型瞬变电磁测深仪，在国内外率先实现200A大电流连续方波供电，采用大电流、小线框供电工作方式来解决地质问题。该套设备体积小、重量轻，采用小线框重叠回线施工，具有旁测影响小、体积效应小、分辩能力强、观测精度高等优势。适宜山区、林区等地表条件较差地区施工。
4.2试验工作
为满足地质任务要求，生产前首先进行了瞬变电磁法的装置和参数试验工作。试验内容：根据地质任务要求、区内地层的地电特征和结合以往相关的工作经验，此次勘查工作采用重叠回线装置、采样率4μs、供电脉宽10ms为确定参数。主要进行了叠加次数的选择试验。①叠加次数试验，试验目的：是为了了解测区内瞬变电磁信号受到各种电磁噪声干扰的影响程度，采用多次叠加的方法自动将偏离均值较远的突发性数据等噪声影响剔除，以便提高各测点数据的信噪比。②发射电流大小试验，试验目的：发射电流大小的变化直接影响电磁感应响应的强弱和勘查深度的大小，电流越大，电磁感应响应越强，勘查深度越大，电流越小，电磁感应响应越弱，勘查深度变小。
5成果解释
本次勘查工作共完成瞬变电磁测深测线5条，坐标点254个，实测剖面长6.25公里。由于测区有房屋、大棚、地面电磁干扰等因素影响，有5个坐标点未能施工，个别测线、测点位置有所调整。工作量见表1：
本区地层走向近东西向，由于受地表建筑物等客观因素的控制，测线只能近东西向布置施工，资料处理时，将测线按近南北方向截出剖面，得出Z1线---Z7线7条剖面，进行分析解释。
依据瞬变电磁资料的物性反映特征，结合已知地质资料、钻孔资料、试验线资料的物性分析，进行综合推断解释如下：
Z1---Z7线分别由东西向13线至17线截出的剖面，Z1线位于测区西部，剖面长度为424米，如图1所示：
图1 瞬变电磁测深Z1线等视电阻率剖面图
根据Z1线的视电阻率剖面图等值线展布特征分析，在0-89米处、143-251米处、353-424米处视电阻率等值线展布向下凹陷、变形，推断为采空塌陷区，深度在150米至250米上下。
Z2至Z7线与Z1线基本一致，只是采空塌陷区位置略有不同。
6结论
瞬变电磁法由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感，使得它在当前的煤田水文地质勘探中成为首选方法。它采用同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强，在高阻围岩中寻找低阻地质体是最灵敏的方法，且无地形影响，剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息。因此利用瞬变电磁法探测采空塌陷区范围是可行有效的。
参考文献
[1]方文藻，李予国，李貅.1993.瞬变电磁测深法原理.西安：西北工业大学出版社.
[2]刘国兴.2005.电法勘察原理与方法.北京：地质出版社.
论文作者:于世洋,林向东,刘晓艳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/4
标签：电磁论文; 珲春论文; 地层论文; 电流论文; 剖面论文; 矿山论文; 涡流论文; 《防护工程》2018年第13期论文;