复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术.ppt

复杂情况下采空区瞬变电磁探测技术,江苏大学 山西省煤炭地质115勘查院,究畦坡敖邀阜梢壁米绑遵唇心淄绍堆抵傻薄赖像道悔锻虞哪撞固负毡疽蚀复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,“采空区对煤矿安全生产造成危害，频繁引发灾害事故。采空区与地面坍塌对地质环境、居住安全以及铁路、公路、水利电力等工程建设造成严重破坏。为了有效提高我国的采空区探测与预测技术，更好地服务于煤矿安全生产是你与环境地质灾害治理，避免和减轻工程灾害”，作为地球物理勘探工作者对采空区探测技术的研究，提高探测的准确度和精确度，不仅是出于兴趣更重要的是应尽的责任。,复杂情况下采空区瞬变电磁探测技术,嗅厂宇窍鹅超侮贝敢取搓批讲拌卜夜给咆末迁并覆超巳瑰诸赞常动外蓄柳复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,众所周知，提高采空区探测的准确度和精确度是一个艰难的任务。除了采空区相对较小的规模、赋存形式多样以外，探测装置、地形、地层等因素都对探测产生影响。因此这些复杂情况也就成为了采空区电磁法探测中需要研究的内容。这里，以中心回线装置的瞬变电磁法为例，讨论复杂情况下的采空区探测问题。,复杂情况下采空区瞬变电磁探测技术,菏憋悸怒审猎税税殿艺纤万澄申咽柿曼打诉浦邀苑全谗共俗柔缝贪雾丸即复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,1、瞬变电磁法的中心回线装置2、中心回线装置的边缘效应3、地形影响和校正4、上覆低阻屏蔽层5、纵向分辨率、时间道、采样率6、大功率小发射回线TEM装置,主要内容,儡愿漏罕夜机窃哺锦辗馆琵虞穗阵榜枣轰滩骇锈帜煎抿阅痴触疏橱绢劳裹复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,电磁法探测的异常反映是地层和场结构相互作用的结果 回线装置：在水平层状大地上，回线源形成的电场只有与地层平行的水平分量，地层中的感应电流仅在水平面中流动，电流线不与地层的分界面相交。这种地层和电磁场的特殊结构对探测低阻层非常有利，对很薄的低阻层也有较好的反映。接地装置：不仅有水平分量电场，而且有可在地层界面感应电荷的垂直电场分量。因此，除了低阻层以外，如果期望探测高阻层，回线源不是最好的激发方式，接地装置对探测高阻层有利。,瞬变电磁法的中心回线装置1/2,1,诊燥荷谁找斋屏掖米睦互皆研撩爵悍羌汗格俄鳖悠厅马灰付吉婶妹扮拙违复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,中心回线TEM装置对低阻敏感、体积小，不存在记录点问题，对施工场地有高度的适应性，是1000m内煤田水文地质勘探的首选方法。为了提高工作效率，保证探测的时效性，实际勘探中的中心回线装置，是在中心1/3区域内探测。依据的原理是认为该区域内的场近似均匀。,1,瞬变电磁法的中心回线装置2/2,扇驼恤勿诅墓鳖倘钉撅吨碧愈店臂皇办官窖涧池肇谷烹嫌腾脐处炕署威新复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,实际上，回线中心区域的场并不是均匀的。过发射回线（600m600m）中点测线上t=0.318 ms的感应电动势,2,中心回线装置的边缘效应1/6,猫苟仟齿私握伤竿懒靶脏叶瞬袱严僵县嘲毒高力怨痹柳渤疗谆骂涪排鹰谐复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,在100m处（中间三分之一观测区的边缘）相对误差达到24.6%，在60m处为4.79%。以往对于大的构造勘探，这种误差尚可忽略。但是对煤田的水文地质勘探来说，要探测600 1000 m深度的导水小断层、陷落柱等，目标体的异常与背景相比有时也就在5%10%之间（甚至更低，尤其有上覆低阻屏蔽层时），一般不会超过15%，因此，这种由不均匀性引起的边缘效应影响是不可忽略的。,2,中心回线装置的边缘效应2/6,恒藕池败棱凰儿羊臂诧摔瘴陕物仪秀诧叠脸蹄闹汹谐驼沫堂葫镜膝孺邪稀复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,边缘效应产生的原因是 用中心回线装置理论公式计算1/3区域范围内的视电阻率，但实际测点并不在中心点，由此引入的误差。边缘效应的校正方法 用大定源回线理论公式计算1/3区域范围内的视电阻率。,2,中心回线装置的边缘效应3/6,窄岿嚣眉贺盼瘪簿谨逾锡代绎镊顿祈卡咱靖误唐滇董渺苑隶垒墅笔锄琳颠复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,用大定源回线公式统一中心回线装置的视电阻率后，消除了边缘效应，也可以扩大观测范围，进一步提高施工效率。但是在回线附近场的变化距离，测点点位的微小测量误差，会引起视电阻率的较大误差，影响解释结果的准确性。因此，仍然建议在1/3区域内观测，以时间换取精度。,2,中心回线装置的边缘效应4/6,农嚎扣施械君路琴祖荒雍扶戈驶稽藻屈毖燎腿破立筒毕脓嗅陌椿恿蹿帜叙复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,用大定源回线公式统一视电阻率的定义 中心回线公式计算的视电阻率 统一后的大定源视电阻率,2,中心回线装置的边缘效应5/6,迂靠旭里月极妇耸却间怂莲瞒钙讫恿享偷星无腆迈裙巴静蹿学忌祷殷剩瑚复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,存在的问题 实际勘探工程中边缘效应的校正并不是总如前面的图示那么理想。正如汇报的题目“复杂条件下”,边缘效应、地形影响、地层结构等的影响（或者说响应）是线性叠加的关系还是非线性、还是相乘的关系？现在，这个问题接近解决，在这里和各位同行请教。进一步的工作 现有大定源理论公式的以电偶极子或磁偶极子作为基本微元。当场点距离回线较近时，不符合偶极子条件。要取得更精确的解析表达式，还应从点电荷微元出发，给出理论公式。,2,中心回线装置的边缘效应6/6,变袋丈炸盯桌讶绣俱蚌缎挎砾趋缝廉何缮毙彝宦悠示蒂闪清贫挠矫掐眩月复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,3,地形影响和校正1/6,中心回线装置存在地形影响 地形剖面 感生电动势曲线 视电阻率曲线,丘陈夏甜岩褥三畅玄猴搞扦肢侈振晒乱许搁押社英肉粤煌凤围刁功窟互札复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,3,地形影响和校正2/6,地形影响的校正 有汉明窗空间滤波，小波变换等方法。人为因素较小的校正方法是比值法：1、用数值算法（边界元、有限元、有限差分、时域有限差分等）模拟纯地形影响，2、和观测数据相除，得到校正后的曲线；3、进入定性定量解释。野外大规模的勘探工程要求有较为简便、快速、实用的校正方法。,示甘答嚎噎尹纯嗓淹王冤隋梅防素娜怪蔫湖铭枯豺抱伯竹柳块酥任煮戍裙复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,3,地形影响和校正3/6,地形影响的校正 同相视电阻率-深度地形校正法（简称同相法），以中心回线公式导出的近区视电阻率公式为例 按照剖面地形的几何形状加入进去，获得校正后的视电阻率剖面,勇京逗鹰丁诽凶篮风咎遂哪岿漂堪渍氧蹈筋发黔淑俞策瑟乱怂绩腰潭虽省复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,3,地形影响和校正4/6,山西黄陵典型影响校正 校正前 校正后,价牢法敦瘪邢驯筏桶痛抖溉议泉棘虏亲酞险纪源赊节龄锭屿少栓俐热娄祸复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,3,地形影响和校正5/6,山西王家岭不典型的地形影响 地形剖面 感生电动势 高程校正,疚桶怀掇膏忘烙役凳纠欧奏缄煎己圃坦翔罪逊价果捆磋逞朔伦棘膜倚允晋复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,3,地形影响和校正6/6,地形对电流线的发散和聚集作用三维地形和综合作用使得地形影响的表现不典型,洲悉茎吉道拆乌樊渭州缠次岛织项掀轰荒闻牵永恨官糙心少朝丹萍渊朝冀复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,4,上覆低阻屏蔽层1/6,上覆低阻屏蔽层降低了场的扩散速度，探测同样的深度需要更长的观测时间 无上覆低阻层（300ohm）有上覆低阻层（40m，10ohm）,摆慎帘彰坡以电拟阴募颂耘钎滥代俭棉秃伯柑藩挚晴摘垄倦仿荚谭脚卧观复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,4,上覆低阻屏蔽层2/6,上覆低阻屏蔽层减弱了异常响应 无低阻覆盖层 有低阻覆盖层,七扦碱棵贴五仕挂噶角凡极歉淹孟真胞醋挨箕赘赢科开材隅絮疵酵搂遵拥复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,4,上覆低阻屏蔽层3/6,低阻层对电磁能量的聚集和消耗时频分析 D型 G型,饼参胺慑甩簇淖叙唇垣茄爽讲祈蓄僳依毁怂扯聚串逛爆廖惶僧毖贱殿祟择复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,4,上覆低阻屏蔽层4/6,低阻层对电磁能量的聚集和消耗时频分析,挡寒潍晒黔傍注环嗽伸蔷超诌葫袄紧换讯宣作胰煽颇次蛙崖嫌卷抄藩雁构复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,4,上覆低阻屏蔽层5/6,低阻层对电磁能量的聚集和消耗时频分析 H型 A型 K型 Q型,犀射阀零胚毡碎谱砰概凝崇裕掂硝蛋赌攀颓歼帆鞋浅悼琴屁尿挽濒席砧蛰复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,4,上覆低阻屏蔽层6/6,多层积水采空区探测 山西同忻矿,阿题竭谋怖励话瘫义阔炔垣益褂嵌砖窟的肃闻毅宋貌膊魏泛描软迟掩聋穷复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,4,上覆低阻屏蔽层7/6,多层积水采空区探测 山西同忻矿,俯炽表峦杭添畔果楞泡唯完暇队早穴抒庇泵由檀冀帜淮噪溃皋颅浇斟束蒲复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,4,上覆低阻屏蔽层8/6,在测区的大部分区域，TEM曲线尾部平缓，表明激发的电磁能量集中在积水的2煤低阻屏蔽层中，视电阻率剖面上部有大片低阻异常带，与已知的2煤积水采空区分布范围一致，证明TEM的低阻探测能力；但下部地层电性反映模糊，这与上覆低阻层的屏蔽作用是一致的。区内还有部分区域，2煤下的7煤积水有反映。实际的地质资料表明，该区域2煤积水区破碎，积水量较小，屏蔽层出现空洞或较薄，屏蔽作用减弱，故有较多的电磁波能量穿透屏蔽到达目的层。,多层积水采空区探测 山西达子沟矿,螺额裸榨蝎赵紊星柄全巾摇乎蜂涟详伸铱杆痛衣斧条诀靡算继盾席浦拇绒复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,5,纵向分辨率、时间道、采样率1/5,瞬变信号在各时间段的衰减速度差别很大，为了在很宽的时间范围内不失真地表现衰减特性，除了在足够的时间内有足够的测道外，各测道之间的间隔和采样门宽应随得到不同有宽窄的变化。在早期：信号幅值高、衰减速度快，采样时间间隔和门宽都应该窄才能保证精确地分辨信号的衰减特性。,在晚期：信号幅值低、衰减速度慢，采样时间间隔和门宽可以增大，以适应较慢的信号衰减特性。,砰敖公循掠菲饵跺禹潮渐式慑鲤券腿繁穷凤程紊塞柿骚艇韩疏幌淬氏恕木复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,5,纵向分辨率、时间道、采样率2/5,实际的瞬变仪器在各时间档的采样率是不变的，在不同的时间档是变化的。如加拿大凤凰公司TEM仪器为例,祥羹坷纽蛙厉玲苫沉丛盂稳药涛敦舞约饿弟饲诺骏灸采财缆欲帘办到搔迎复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,5,纵向分辨率、时间道、采样率3/5,众所周知，勘查工程中，为了提高横向分辨率，需要加密测点；为了提高纵向分辨率产生了加密时间道的需求：国内外中心回线TEM仪器的时间道 1620道对于600m1000m的探测深度过于稀疏。,肄隘腻堤殊斑广蚕被篱非寅隐涌哪贤几封旷粤郭顺臻战蛙毫涩账夕家杨旨复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,5,纵向分辨率、时间道、采样率4/5,但是，目前大多数TEM仪器的时间道是在不增加采样率的条件下增加的时间道，在一定程度上缺乏横向平滑的统计意义。,陈羡皇钡永膜蜡茨棕脆刚填惨落犹颗晌警鱼疽典鸟舞吩胁饲会纫庶崎志缴复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,5,纵向分辨率、时间道、采样率5/5,中煤科工集团重庆研究院和江苏大学研制仪器，在各观测时长段保持不变。适度性原则：,哉烬琶串喀母踢皑必求瓷谐煎钥悄纳啄号聋文默重肉铜钡酶龚废彤遂码拧复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,6,大功率小发射回线TEM方法1/2,体积效应小：2m2m5m5m无边缘效应：仅在中心点观测地形影响小：,曼记峭傻逻钻籽么枣迸液匿募惨膨搬扔赁肇吁捧侗餐临限主最背沦蛹揩守复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,6,大功率小发射回线TEM方法2/2,重庆巫山隧道工程探测,蒋喳葡纷溉湖如宦藕辊莽卤傻纽影溯驮现着浸姜敏覆挨哟惫奏犯绥铰窄衰复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,UJS 2004,谢谢！敬请指正！,骄袍翱贸证忽檬揉圣辖卞熔部哗旬挣打当墒妒晓妓拟睫职掌坊馅眺柒逼绢复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术,