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1、 山西某煤礦 地面瞬變電磁勘探工程報告山西某煤礦 地面瞬變電磁勘探工程報告 第一章第一章 工工 作作 概概 況況.3 一、項目簡介一、項目簡介.3 二、測區概況二、測區概況.5 三、地面物探工作概況三、地面物探工作概況.11 第二章 物探方法及野外數據采集第二章 物探方法及野外數據采集.13 一、探測方法原理及使用儀器一、探測方法原理及使用儀器.13 二、施工布置及質量保證措施二、施工布置及質量保證措施.17 三、資料質量評價三、資料質量評價.21 第三章 資料處理工作第三章 資料處理工作.23 一、大回線源裝置探測的可行一、大回線源裝置探測的可行.23 二、資料解釋流程二、資料解釋流程.262、 三、資料預處理三、資料預處理.27 四、定量解釋方法四、定量解釋方法.27 第四章 資料解釋第四章 資料解釋.29 第五章 結論及建議第五章 結論及建議.37 第一章第一章 工工 作作 概概 況況 一、項目簡介 一、項目簡介 本次勘探的主要目的是：1、查明測區范圍內的采空區及富水區。2、查明測區范圍內斷層的分布。本次測區形狀如圖 1-1，圖 1-1 測區范圍示意圖 本測區共布置了 47 條測線，測線長度不一，剖面總長度為：76200m，委托方提供了 1：5000 的實際材料圖。施工方及時組織有關技術人員于 2010 年 6 月 24 號進入場地，首先進行試驗工作，然后采用大回線源瞬變電磁法進3、行了地面地球物理勘察工作，工作中采用 80 米20 米的基本勘探網格。工區測線布置如圖 1-2 圖 1-2 測線布置圖 7 月中旬完成了外業工作，8 月上旬完成了資料處理解釋及本研究報告的編制工作。內、外業前后歷時近一個半月。工作小組由十人組成，共布置測線 47 條，總計完成坐標物理測點數為 3857 個，檢測點 200 個，總計物理點數 4057 個，剖面總長度76200 米。通過本次工作，初步查明了測區內煤系地層富水區、采空區和斷層分布。為煤礦的下一步生產提供地質依據，較好地完成了本次工作任務。二、測區概況 二、測區概況 3、地質特征 3.1 地層 所在區域發育的地層由西向東、由老到新為：4、太古界霍縣群、太岳山群，上元古界長城系，古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，中生界三疊系，新生界上第三系、第四系。區內幾乎全部被新生界地層覆蓋，以中更新統為主，北部溝谷有上更新統地層，在南部零星出露上、下石盒子組地層，地層發育情況以區內以往鉆孔揭露的情況自下而上由老至新分述如下：（一）奧陶系（O）1、中奧陶統峰峰組（O2f）下段巖性為灰及深灰色泥灰巖及石膏層，夾薄層塊狀石灰巖，石膏層多為纖維狀。上段為深灰色厚層狀石灰巖，中、下部多為角礫狀灰巖，夾薄層泥灰巖，頂部有鐵質浸染呈褐色。（二）石炭系（C）1、中石炭統本溪組（C2b）本組平行不整合覆蓋于奧陶系地層之上。66 號鉆孔揭露全厚度為 6.15、4m。由灰色及淺灰色鋁質泥巖和深灰色泥巖、粉砂巖及不穩定的薄層石灰巖組成。底部多為鋁質巖。具鮞狀結構，可見有星散狀和結核狀黃鐵礦，鏡下鑒定 95%由一水硬鋁石組成。中部以泥巖為主，夾薄層不穩定的石灰巖和煤層。2、上石炭統太原組（C3t）整合覆蓋于本溪組地層之上。K1石英砂巖底至 K7砂巖底，一般厚度 115m 左右。為本區主要含煤地層。巖性主要以灰黑色泥巖、粉砂巖、煤層及石灰巖為主，夾有厚度變化較大的細中粒砂巖。根據本組巖性、巖相及沉積旋迴特征，分為三段，敘述如下：（1）太原組下段（C3t1）：K1石英砂巖底至 K2石灰巖底。厚度 46.77m。底部石英砂巖（K1）呈灰白色，細中粒、致密堅硬、6、質純，鏡下鑒定石英占 95%左右，膠結物為方解石占 5%左右，具暗色泥質線紋顯示的斜層理及緩波狀層理，厚度變化大。其上為灰黑色泥巖、粉砂巖夾9+10號及11號兩層穩定可采煤層，間夾 13 層細粒砂巖及不穩定石灰巖。（2）太原組中段（C3t2）K2石灰巖底K5砂巖底，厚度 29.26-36.31m,平均 32.36m。巖性主要由兩層石灰巖、泥巖、粉砂巖和薄層砂巖組成，夾 12 層局部可采的薄煤層。K2為厚層狀生物碎屑石灰巖，厚度 8.64-11.95m,平均9.95m,上分層生物碎屑達80%左右,夾燧石條帶,其下為含鈣質的薄層泥巖,下分層含泥質較高泥晶基質達 60%左右。K2K3石灰巖間夾細粒砂7、巖、黑色泥巖及不穩定的 8 號煤層。K3石灰巖厚度 3.78-5.40m,平均 4.37m,主要成分為泥粉晶方解石,含生物碎屑。K3K5砂巖間以粉砂巖為主，夾不穩定的 7 號薄煤層。（3）太原組上段（C3t3）K5砂巖底K7砂巖底，厚度 31.78-45.15m,平均 37.02m。以黑色泥巖、粉砂巖為主，夾薄層砂巖及海相泥巖，含不穩定的 5 號、6 號不可采煤層。底部 K5為灰白色厚層狀細中粒長石石英砂巖，厚度9.59-19.75m，平均 14.86m。中部的泥巖中夾有海相泥巖，厚 1-4.90m,平均厚 2.31m,其巖性為鈣質泥巖或泥灰巖，部分地段相變為泥巖，富含菱鐵礦結核，巖性以富含粘8、土物質的泥晶方解石及生物碎屑組成，富含動物化石碎片。為太原組上部良好的輔助標志層。（三）二疊系 1、下二疊統（P1）（1）山西組（P1s）整 合 覆 蓋 于 太 原 組 之 上，K7砂 巖 底 K8砂 巖 底。厚 度28.30-46.03m,平均 36.05m。巖性以深灰色泥巖、粉砂巖和灰、灰白色細中粒砂巖為主，夾 1 號、2 號主要可采煤層及兩層薄煤層，為本區主要含煤地層之一。K7砂巖為灰白色細中粒砂巖，厚度 1.20-6.58m,平均 4.45m。成分以石英為主，長石次之，石英、長石總含量占 60%以上，含少量云母和鋯石，膠結物以結晶方解石充填在碎屑間，次園狀,分選性中等，大型斜層理。本組9、下部多以黑灰色粉砂巖、泥巖為主，夾有 2 號煤，局部見有菱鐵質結核。中部多以灰色中細砂巖為主，成分以石英長石為主，常見有斜波狀層理，含較多的煤屑，分選性和磨園度均較差。上部以黑色泥巖、粉砂巖為主，夾有 1 號煤。（2）下石盒子組（P1x）與下伏山西組地層成整合接觸，由 K8砂巖底K10砂巖底，一般厚度 86.31-109.35m,平均 97.80m。據巖性巖相的差異可區分為上、下兩段。下石盒子組下段（P1x1）K8砂巖底K9砂巖底，厚度 38.38-48.75m,平均 42.56m。底部 K8砂巖為灰、灰白色細粒砂巖，其成分以石英、長石為主，總計占 70%以上，含少量云母和粘土礦礦物，孔隙式及10、基底式鈣質膠結，次棱角狀次園狀，分選中等，斜層理，厚度 1.95-8.12m,平均 4.15m，局部為中粒砂巖。其上由深灰色、灰色粉砂巖、泥巖及薄層細中粒砂巖間互成層組成，下部夾有極不穩定的薄煤層。下石盒子組上段（P1x2）K9砂巖底K10砂巖底。厚度 57.90-68.18m,平均 63.29m。底部K9砂巖為灰白色微帶綠色細中粒砂巖，由石英、長石及粘土礦物組成的雜砂巖，以雜基支撐基底式膠結，分選較好，次棱角次園狀，含有機質黑色條帶，顯示斜層理，厚度 0.5921.11m,平均 5.00m。其上為灰、灰綠色粉砂巖、泥巖和灰白色微帶綠色的細中粒砂巖相間互層，泥巖和粉砂巖中含有不均勻的紫色斑塊。11、下部 K9砂巖之上有一層不穩定的厚層中粒砂巖（即 K9），為 K9砂巖的輔助標志。本段頂部有一層位穩定的鋁質泥巖，呈灰白色含粉紅色及紫色斑塊。具鮞狀結構。俗稱桃花泥巖。是其上 K10砂巖的輔助標志層。2、上二疊統（P2）：（1）上石盒子組（P2s）與下石盒子組地層成整合接觸。巖性以灰綠、紫色的泥巖及粉砂巖為主，夾灰綠色中細粒砂巖。根據巖性及巖性組合特征將該組分為三段。上石盒子組下段（P2s1）：K10砂巖底K12砂巖底。厚度 159.55-162.44m，平均 160.88m。底部 K10砂巖為灰白色厚層中粒砂巖，成分以石英為主，長石、云母及綠色礦物次之，鈣質膠結，分選中等，呈次棱角狀，直線型12、斜層理，厚度 3.30-8.16m,平均 5.50m,變化較大,其上為灰綠色、紫紅色混雜的粉砂巖、泥巖，夾薄層灰綠色砂巖，中部夾灰及深灰色泥巖及粉砂巖條帶。上石盒子組中段（P2s2）K12砂巖底K13砂巖底。厚度 121m 左右。底部 K12砂巖為灰白色、黃綠色、厚層狀細粒砂巖，成分以石英為主，粘土質膠結，底部含小礫石，斜層理發育，厚度 4.45-16.05m,平均 9.13m。其上為紫紅色、黃綠色粉砂巖及泥巖間互組成，夾 23 層細粒砂巖。上石盒子組上段(P2s3)K13砂巖底K14砂巖底,厚度 93m。底部 K13砂巖為灰綠色中粗粒砂巖，成分以石英為主、長石次之，底部含細礫，粘土膠結。其上13、為灰綠色、紫紅色泥巖、粉砂巖夾薄層中細粒砂巖組成。（2）石千峰組（P2sh）區內萬安斷層以東賦存，最大厚度 50m。底部 K14為灰綠色微含紫紅色細中粒砂巖，成分以石英為主，長石次之，粘土質膠結，次園狀，分選中等。其上為紫紅色泥巖和灰綠色粉砂巖組成，裂隙中充填有次生石膏。（五）第四系（Q）更新統（Q2+3）底部為一層砂礫層，其上為灰黃色黃土，夾數層棕紅色埋藏土，上部為次生黃土和耕植土夾砂礫層。3.2 地質構造 本礦區被北東向斷層切割成臺階狀構造，總體地層走向南北，為一傾向東的單斜，東北部發育一對軸向北西的向北斜，西南部發育一對軸北東的向北斜,地層傾角一般 612,局部可達 20,地表及鉆孔中未14、發現陷落柱，因此，構造類型應屬簡單類。主要含煤地層 本區含煤地層包括石炭系上統太原組及二疊系下統山西組和下石盒子組。其中太原組和山西組為主要含煤地層，前者含全區可采的9+10 號煤層及 11 號煤層，后者含主要可采煤層 1 號、2 號煤層。（1）太原組下段（C3t1）主要由石英砂巖、泥巖、粉砂巖和煤層組成。厚度 46.77m，底部為 K1石英砂巖，厚度變化大，屬三角洲前緣分流河口砂壩沉積。其上為粉砂巖、泥巖夾不穩定的薄層石灰巖 1-2 層和薄層石英砂巖，中部夾極不穩定的薄煤層，上部為主要可采煤層組的 11 號及 9+10 號煤層，間夾粉砂巖、泥巖和薄層細粒砂巖。9+10 號煤直接頂板為 K2石15、灰巖，泥巖、粉砂巖具水平微波狀層理及含星散狀黃鐵礦等特征。說明當時陸地處于緩慢下降，逐漸演變為下三角洲平原，上部發育了泥炭沼炭或分流間灣，形成了較厚煤層。（2）下二疊統山西組（P1s）主要含煤地層之一。由深灰色粉砂巖、泥巖和細粒砂巖及煤層組成。厚度 28.30-46.03m,平均 36.05m。含煤 4 層，含煤系數 9.2%。本組下部為下三角洲平原過渡帶沉積，其上部為上三角洲分流河道間的洪泛平原沉積。自下而上分述如下：K7砂巖頂至 1 號煤間，以深灰色泥巖、粉砂巖為主，夾不可采薄煤層。其上為 2 號煤：煤層厚度變化在 0.65-1.38m 之間，其上至 1號煤層間為泥巖粉砂巖和細粒砂巖，夾不16、可采薄煤層。1 號煤：厚度 0.35-1.85m,平均 1.45m。22 號鉆孔 1 號煤層厚度0.35m,其余鉆孔揭露均在 1.40m 以上。1 號煤頂至 K8砂巖底，以泥巖、粉砂巖為主。三、地面物探工作概況 三、地面物探工作概況 根據本測區的地質情況特點和以往的工作經驗可知：一般情況下,如果采空區充填空氣，所觀測的二次感應電壓信號弱,衰減數據變化較快；如果采空區充填水，則所觀測的二次感應電壓信號較強,衰減相對較慢。如果測區水系不發育,且煤層頂底板隔水性好，則由采空區所引起。如果測區水系發育且頂底板透水性強，則由采空區所引起的電性異常主要表現為低電阻特性。在一定情況下可能會導致地面變形或者蹋17、陷。斷層接觸帶多充填破碎角礫巖，在本測區會形成導水通道。當地層與構造含水時，由于地下水的流動性及電離作用，電阻率呈現低阻特征。分析對比電阻率參數，區分物性差異，尋找低阻異常區可以劃分含水范圍。在橫向上，沉積地層的電性正常情況下是均一的或變化不大。當存在富水性的斷層構造或其它良導電地質體時（如斷層破碎帶富水，灰巖內的充水溶洞、裂隙、陷落柱等）都將打破水平方向電性均一性。當其在三維空間上具有一定規模時可改變縱向電性的變化規律，表現為局部的、區域性的電性異常。這些特征構成了本區的地球物理前提，根據電性差異可以探測地下地質目標體。根據本次物探工作的任務要求及實際地形特點，采用地質效果好，工作效率高，分18、辨清晰的回線源瞬變電磁測深法（TEM）進行探測。瞬變電磁儀器選用澳大利亞產的 Terra TEM。使用的接收磁探頭為 SB18K 型接收探頭。發送回線邊長為 250 米240 米，接收面積為10000，發送頻率選用 8.3Hz，發送電流 5A，發送電壓 48V。第二章 物探方法及野外數據采集 第二章 物探方法及野外數據采集 一、探測方法原理及使用儀器 一、探測方法原理及使用儀器 瞬變電磁法原理及儀器 瞬變電磁法屬時間域電磁感應方法。其探測原理是：在地面布設一回線，并給發送回線上供一個電流脈沖方波,在方波后沿下降的瞬間，產生一個向地下傳播的一次磁場，在一次磁場的激勵下，地質體將產生渦流，其大小取19、決于地質體的導電程度，在一次場消失后，該渦流不會立即消失，它將有一個過渡(衰減)過程。該過渡過程又產生一個衰減的二次磁場向地表傳播，由地面的接收回線接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地下地質體的電性分布情況。如按不同的延遲時間測量二次感應電動勢 V(t)，就得到了二次磁場隨時間衰減的特性曲線。如果地下沒有良導體存在時，將觀測到快速衰減的過渡過程；當存在良導體時，由于電源切斷的一瞬間，在導體內部將產生渦流以維持一次場的切斷，所觀測到的過渡過程衰變速度將變慢，從而發現地下導體的存在。瞬變電磁法特點：(1)使用同點裝置工作。該裝置與目標體具有最佳藕合、異常幅值大、形態簡單、受旁側地質體影響小。在高20、阻地區由于高阻屏蔽作用，直流電法要達到較大的探測深度，須有較大的極距，故其體積效應就大，而在高阻地區用較小的回線可達到較大的探測深度，故在同樣的條件下 TEM 較直流電法的體積效應小得多。(2)對高阻層的穿透能力強，對低阻層有較高的分辨能力。這有利于在高阻圍巖地區開展 TEM 工作。(3)瞬變電磁法和可控源音頻大地電磁及大地電磁法相比，前者的一次磁場和被測磁場在時間上是分開的，而后者測量的是一次磁場和二次磁場的綜合場。所以，前者的分辨率較高，并且前者可以在近區觀測，后者只能在遠區觀測。(4)TEM 法具有裝置輕便、工作效率高的特點。該方法本身受地形影響小。使用回線源實現了裝置的對稱性,可以減少21、斷面的不均勻性和地層傾斜的影響。工作中根據實際情況 采用了大回線源裝置，用探頭接收。大回線裝置的 Tx 采用邊長較大的矩形回線，Rx 采用小型線圈(或探頭)沿垂直于 Tx 長邊的測線逐點觀測磁場分量 dB/dt 值。這種裝置對鋪設回線的要求不那么嚴格,一旦鋪好回線后,可在線框內一定范圍內直行測量，因此工作效率高，成本低。這種場源具有發射磁矩大，場均勻及隨距離衰減慢等特點，適合于密集點距采樣,精細探測。瞬變電磁場在大地中主要以擴散形式傳播，在這一過程中，電磁能量直接在導電介質中由于傳播而消耗，由于趨膚效應，高頻部分主要集中在地表附近，且其分布范圍是源下面的局部，較低頻部分傳播到深處，且分布范圍逐22、漸擴大。傳播深度：04/dt=（1）傳播速度：02zdvtt=（2）t為傳播時間，為介質電導率；0為真空中的磁導率。瞬變電磁法的探測深度與發送磁矩、覆蓋層電阻率及最小可分辨電壓有關。由（2）式得：72210/th=（3）時間與表層電阻率、發送磁矩之間的關系為：()()125031400Mt=（4）M 為發送磁矩，1為表層電阻率，為最小可分辨電壓，它的大小與目標層幾何參數和物理參數及觀測時間段有關。聯立（3）（4）式，可得：1510.55MH=（5）上式為野外工程中常用來計算最大探測深度公式。采用晚期公式計算視電阻率:23002Mq(t)4 t5tV(t)=(6)式中,3zNVI 10dB(t)23、IdtS R=(7)視探測深度為:1403Mqh16ttV t SS=（）(8)式中:()34353403131)()(316tVtVMqS=(9)M 為發送磁矩,q 為接收偶極矩,V(t)為觀測的感應電壓值。在層狀介質情況下，在階躍電流激發下，在大回線的正中心（零偏情況下）的頻率域電磁響應為 當在發射線圈中心接收時,0HEr=(10)()()()dH100110zaJZZZaI+=(11)由此可見,在回線正中心，一維層狀介質下回線源瞬變電磁響應表示為一雙重積分,其中內層積分為漢克爾型積分,外層為余弦積分。其積分核函數為(1)(1)0ZZZ+。核函數與地下電性層的電性差異有關。瞬變電磁儀器選用24、澳大利亞產的 Terra TEM，探頭選用國產SB-18K(P)磁探頭。圖 2-1 Terra 瞬變電磁儀和 TEM 施工探頭（10000m2）示意圖 二、施工布置及質量保證措施 二、施工布置及質量保證措施 施工布置及工作量 本次綜合物探勘查工作實施依據：1、地面瞬變電磁法技術規程（DZ/T01871997）2、物化探工程測量規范（DZ/T0513-95）。瞬變電磁法施工布置 首先利用儀器內部集成的反演軟件對不同發送頻率，不同發送電流，發送電壓，不同迭加次數，不同接收面積等情況下的數據進行計算觀測。根據試驗結果，最終選定的工作參數如下：發送電壓：48V，發送電流：5A，發送基頻：8.3HZ，發25、送邊長：250 米240 米。接收線圈面積：10000 平方米。表 2-1 各測道時間延遲表(單位豪秒)Window Delay(ms)Width(ms)WindowDelay(ms)Width(ms)1 0.0015 0.002 41 0.1645 0.008 2 0.0035 0.002 42 0.1725 0.008 3 0.0055 0.002 43 0.1805 0.008 4 0.0075 0.002 44 0.1885 0.008 5 0.0095 0.002 45 0.1965 0.008 6 0.0115 0.002 46 0.2045 0.008 7 0.0135 0.0026、2 47 0.2125 0.008 8 0.0155 0.002 48 0.2205 0.008 9 0.0175 0.002 49 0.2325 0.016 10 0.0195 0.002 50 0.2485 0.016 11 0.0215 0.002 51 0.2645 0.016 12 0.0235 0.002 52 0.2805 0.016 13 0.0255 0.002 53 0.2965 0.016 14 0.0275 0.002 54 0.3125 0.016 15 0.0295 0.002 55 0.3285 0.016 16 0.0315 0.002 56 0.3445 0.27、016 17 0.0345 0.004 57 0.3605 0.016 18 0.0385 0.004 58 0.3765 0.016 19 0.0425 0.004 59 0.3925 0.016 20 0.0465 0.004 60 0.4085 0.016 21 0.0505 0.004 61 0.4245 0.016 22 0.0545 0.004 62 0.4405 0.016 23 0.0585 0.004 63 0.4565 0.016 24 0.0625 0.004 64 0.4725 0.016 25 0.0665 0.004 65 0.4965 0.032 26 0.07028、5 0.004 66 0.5285 0.032 27 0.0745 0.004 67 0.5605 0.032 28 0.0785 0.004 68 0.5925 0.032 29 0.0825 0.004 69 0.6245 0.032 30 0.0865 0.004 70 0.6565 0.032 31 0.0905 0.004 71 0.6885 0.032 32 0.0945 0.004 72 0.7205 0.032 33 0.1005 0.008 73 0.7525 0.032 34 0.1085 0.008 74 0.7845 0.032 35 0.1165 0.008 75 029、.8165 0.032 36 0.1245 0.008 76 0.8485 0.032 37 0.1325 0.008 77 0.8805 0.032 38 0.1405 0.008 78 0.9125 0.032 39 0.1485 0.008 79 0.9445 0.032 40 0.1565 0.008 80 0.9765 0.032 數據觀測：A）觀測中首選進行實地試驗觀測，通過觀察測深曲線的衰減情況，選取合適的觀測參數進行觀測。B）按照有關規范作業，并作了一定數量的檢查觀測。接收探頭由專人負責使用，并保證在觀測時探頭水平氣泡居中。C）接線員及磁探頭跑點人員聽從操作員的指揮，并向操作員30、報點號，在聽到操作員跑點命令后必須回應。室內工作：A）當天對野外觀測數據進行回放和數據編排。對每天工作成果要逐一細致檢查，發現問題及時反饋到野外，并安排第二天的工作。室內人員對當天觀測數據及時進行處理和初步解釋。B)每一條測線觀測完畢后要及時編制相應的剖面定性圖件，以便優化工作方案。工作量：工作量：本次工作瞬變電磁法測線 47 條,坐標測點 3857 個，檢查點 200個，合計物理點 4057 個，剖面長度 76200m。表 2-2 工作量統計表 工作量統計表 工作量統計表 線號 點數(個)剖面長度(米)檢查點(個)11222022183402325480343160035387403643831、40375110004856110049631240410691360411761500412811600413871720414941860415100198041610721204171132240418120238051912424606201242460621123244062212324406231232440624123244062512224206261222420627122242062812224206291222420630120238053112023805321202380533117232053411021804351022020436941860437871720432、388015804397214204406412604415611004425098034342820344346603452650034618340347112002合計 385776200200 施工質量保證 施工質量保證 在野外觀測時，及時處理不合格的觀測曲線。為了保證第一手觀測資料的質量，每個觀測點上一般都重復觀測一次。對于整個工區，布置了大于總工作量 5%的數量的檢查觀測點。檢查點在全區均勻分布或者在異常部位布置。瞬變電磁法嚴格工作按照地面瞬變電磁法技術規程及設計書要求進行。正式開展工作前，首先對儀器進行標定以確定儀器處于良好的工作狀態。對全區的瞬變電磁數據質量檢查點做了誤差統計計算33、。相對均方差的計算公式如下：2121()sisisininM=（12）式中：si為第 i 道的原始觀測值；si為第 i 道的檢查觀測值；si為si和si的平均值；n 為參加統計的測點數。在工作過程中，對所使用設備和導線等經常檢查，發射線框大小保持一致，線框大小誤差保持在 3%以內。對每一個觀測數據實時監視衰減曲線和并查看數據情況，對畸變點及時進行重復觀測，杜絕了非預期數據的取得。三、資料質量評價 三、資料質量評價 在工作過程中，對所使用設備和導線等經常檢查，發射線框大小保持一致，線框大小誤差保持在 3%以內。對每一個觀測數據實時監視衰減曲線和并查看數據情況，對畸變點及時進行重復觀測，杜絕了非預34、期數據的取得。工作全過程都是在技術人員的監督指導下完成，對瞬變電磁工作質量進行了檢查，檢查點 200 個，占總工作量的5.19%，總均方相對誤差 4.6%，精度達到 A 級，合乎設計要求，見表2-3。表 2-3 TEM 檢查工作量統計表 完成工作量檢查工作量檢查量總均方相對誤差精度等（點）（點）（%）（%）級 3857 200 5.19 4.6 A 原始數據與檢查數據對比曲線見圖 2-2、2-3，曲線顯示，檢查觀測與原始觀測一致性良好，數據質量可靠。110100100010000100000135791113151719 21232527293133353739原始觀測檢查觀測 圖 2-2 135、0 線 240 號點原始數據與檢查數據對比曲線 110100100010000100000135791113151719 21232527293133353739原始觀測檢查觀測 圖 2-3 30 線 300 號點原始數據與檢查數據對比曲線 第三章 資料處理工作 第三章 資料處理工作 野外質量檢查滿足要求后，再進行室內資料整理。其基本內容包括：資料的室內預處理、定性圖件的繪制與解釋、定量解釋三項內容。一、大回線源裝置探測的可行 一、大回線源裝置探測的可行 在非零偏移情況下，各電磁場分量為()()()()1011100ZHZZrI aJa Jr d=+(12)()()()()drJaJaIi1036、101100ZZZE+=(13)()()()()1z010100Ha dZI aJa JZZ=+(14)由此可見,一維層狀介質下，在非零偏情況下，回線源瞬變電磁響應表示為一雙重積分,其中內層積分為雙重貝塞爾函數積分,外層為余弦積分。其積分核函數為0)1()1(ZZZ+。由頻譜分析理論:在時間域中由階躍函數激發后所產生的瞬變電磁場：1H()H()2i ttedi=(15)()()E1E2i ttedi=（16）對于零偏情況，采用漢克爾變換的線性數字濾波技術，對于非零偏情況的雙重貝塞爾函數，把積分區間分成兩部分，一部分用差商代替求導，另一部分采用折線化余弦變換算法。發送電壓：48V，發送電流：5A37、，發送基頻：8.3HZ，發送邊長：250 米240 米。接收線圈面積：10000 平方米。對不同偏移距情況下的垂直磁場進行了計算,計算中采用的裝置參數為:發送回線邊長 500 米和 300 米,發送電流 10A,發送頻率30Hz,7.5Hz,接收道:20,接收時間:0.087ms7.015ms.偏移量分別為：20 米500 米和 20 米300 米。（如圖 3-1）采用的地電模型為mhmm100,10,1000121=。圖 3-1 不同偏移距垂直磁場數值計算位置示意 0.000000010.00000010.0000010.000010.00011 圖 3-2 不同偏移距情況下垂直磁場分量計算38、結果(L=500 米 F=30HZ)300/500m 0 150/250 300/500 0 250 500 emf/v 0.000000010.00000010.0000010.000010.00011 圖 3-3 不同偏移距情況下磁場垂直分量(L=300m,F=30HZ)圖 3-2，圖 3-3 分別是發送線框邊長是 500 米，300 米情況下，不同偏移距位置上的垂直磁場分量衰減曲線。橫坐標表示偏移距，縱坐標表示磁場振幅。在偏移距較小時，垂直磁場分量較大，相反地，在偏移距較大時，垂直磁場分量較小。0.0000010.000010.00011 圖 3-4 不同偏移距情況下二次垂直磁場數值曲線39、（t=0.087ms）圖 3-4 不同偏移距情況下二次垂直磁場數值曲線。根據數據的對稱性，可以推知相反方向偏移的垂直磁場衰減數據，把圖 3-3 所示的第一道數據畫成圖 3-4。從此圖上可以看出，在回線的中心地帶，垂直磁場分量能量較強，在回線的邊緣部位，能量較弱，在回線的外部，0 150 300-260 0 260 emf/v emf/v 能量更弱。表 3-1 給出了不同偏移距情況下的垂直磁場衰減百分度。從此表可以看出：在零偏情況下，磁場能量最強，在框外（偏移距大于 150 米），能量衰減較大。在偏移距為 80 米時，能量衰減了 15，我們把能量衰減小于 15的范圍定為磁場均勻范圍，此范圍對應于40、大回線內 55.3范圍。在實際工程地球物理勘探中，一般采用在回線內的 60范圍內進行觀測，基本上可以合格證場的均勻性，并且工作效率較高，表 7 給出了不同偏移距情況下的垂直磁場衰減百分度。表 3-1 不同偏移距情況下的垂直磁場衰減百分度 偏移距 m 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180200能量衰減 0 2.5 5.24 7.84 15 24 34 46 57 78 94 二、資料解釋流程 二、資料解釋流程 對實測資料處理和解釋，按照如下的流程進行。圖 3-4 資料解釋流程圖 確 定 TEM 反 演 初 值 TEM 反 演 地 質 解 釋 繪制 擬斷面圖 計算曲線41、 資 料 驗 收地質資 料分析資 料 預處理鉆 孔 資料分析 TEM 正演 視 縱 向 電 導 解 釋三、資料預處理 三、資料預處理 資料預處理包括關斷時間ffot的影響及其校正。理論發射波形為階躍波，實際工作中由于發射線框與大地間存在電容和線框存在電感，致使發射電流關斷時，不為階躍波，而為一個有一定后沿時間的關斷波形。故必須將其校正到理想波形狀態。預處理的第二個內容為曲線的圓滑。由于各類干擾的影響，往往使實測 V/I 曲線尾枝出現波動，為此必須對實測曲線進行圓滑。通常可采用五點圓滑公式進行，但當尾枝波動過大時，常常效果不佳。本次采用自編的人機對話程序對曲線進行圓滑。四、定量解釋方法 四、定量42、解釋方法 正演方法 對于水平層狀大地，在大回線發射諧變電流激發下，頻率域電磁響應為:+=010)1()1(00)()()(daJZZZIidtdBVz （18）根據頻譜分析理論，由上式可得瞬變電磁響應+=010)1()1(00)()()(daJZZZIidtdBVz （19）式中 daJZZZIabHz+=010)1()1()()(（20）20120/2,2/atTab=上式中的積分核daJZZZIabHz+=010)1()1()()(隨增加而單調增加，因此對上式漢克爾變換中，要求有很多濾波系數和褶積計算次數，影響了計算速度。為了保證上式積分的收斂速度和減少褶積計算次數，將積分核形變為+21043、)1()1(ZZZ，于是漢克爾變換式變為:aIdaJZZZIabHz2)(21)(10)1()1(0+=（21）由于+210)1()1(ZZZ隨增加表現為有限寬度的單峰曲線，故計算時只需在積分核不為零的有限寬度內進行褶積計算，可大大減少濾波系數和褶積次數，提高計算速度。同時為了進一步提高計算速度，將三次樣條插值函數引入到計算中。即先用線性數字濾波法計算出足夠數量的HZ（b），然后利用三次樣條插值函數法求出所需的核函數值，以此來代替線性數學濾波法直接計算核函數HZ（b），這就大大加快了計算速度。反演計算 反演中為了減少多解性，采用改進的阻尼最小二乘可行方向法。其最優化問題歸結為求解下列法方程:B44、AXaIAATT=+)(式中A稱為雅可比矩陣，I為單位陣，a為阻尼因子。第四章 資料解釋 第四章 資料解釋 編制了實際材料圖，把整個測區測線和測點位置繪制實際材料圖上，比例尺為 1：5000。圖中展示了瞬變電磁法測點的位置關系。為了更好顯示沿剖面橫向電性的變化情況，繪制了視電阻率等值線斷面圖，以測線點號為橫坐標，把計算出來的視探測深度結合地形的海拔標高變化情況作為縱坐標，按一定取值間隔，把視電阻率相等的值連接成光滑的曲線,這樣就可以畫出視電阻等值線斷面圖。圖中各曲線數據都經過光滑處理。為了便于資料分析、曲線對比，在視電阻率斷面圖上，把不同數據的曲線圈定區域用涂以不同的顏色。并用繪圖軟件繪制出來45、。繪制了部分測線的綜合斷面圖，最終根據電性斷面圖，繪制了推斷地質剖面圖。圖 4-1 為視電阻率等值線平面圖，由圖 4-1 可知，總體電性分布極不均勻，紅色為高電阻區域，藍色為低電阻區域。把圖中視電阻相對較小區域定性劃分為低阻異常區。并推測與采空區有關。解釋結果為圖 4-2。共劃分出兩個富水區，分布在測區東南邊界處；六個采空區，其中采空區 1 的面積較大，分布于測區南部范圍，采空區 1 的南部與富水區 1 的北部相連，采空區 5 面積大概為采空區 1 面積的四分之一，采空區 2、3、4、6 面積相對較小；工區主要存在三個干擾區，干擾區 1 為最大干擾，區內主要是礦區建筑，給瞬變電磁勘探施工上的可46、行性帶來難度，并且房區和地形會對測量數據產生不可避免的影響，高壓線的干擾也給瞬變電磁測量數據準確性造成影響，由于干擾區的存在，必然會對探測成果造成一定影響，在生產過程中要格外注意，根據對實際情況的了解，把干擾區也列為采空區。將采空區、富水區及干擾區具體范圍繪制成解釋成果平面圖如圖 4-2。在測區內分布有斷層，斷層走向應為視電阻率等值線平面圖上等值線密集的區域，再結合煤礦提供的實際材料圖推斷礦區內主要有四條斷層分別編號為 F1D、F2D、F3D、F4D，如圖 4-3 所示。（1）F1D斷層 位于礦區西北側，走向北東 30，為西盤下降的正斷層，落差150-200m，由黃土覆蓋，與提供實際材料圖韓侯47、斷層相似。(2)F2D斷層 位于礦區西北部，斷層走向北東 35為東南盤下降的正斷層，傾向南東，傾角 75，落差 60m。向東北延伸，推斷斷層落差可能增大為 120m，與提供實際材料圖 F1斷層相似。（3）F3D斷層 位于礦區中部，斷層 FD2東部以南，斷層走向北東 40，東北延伸出礦井斷層落差 60m，與提供實際材料圖 F2斷層相似。（4）F4D斷層 位于礦區東部邊緣，根據勘探成果，該斷層東南盤下降、西北盤上升，屬于正斷層，走向北東 35-40，落差 180m,位于東南邊界附近，與提供實際材料圖萬安斷層相似,但位置偏西北方向。圖 4-1 感應電動勢等值線平面圖 圖 4-2 平面解釋成果圖 圖 48、4-3 斷層分布圖 將圖 4-2 中的富水區、采空區及干擾區的具體分布范圍列為表 4-1、表 4-2 和表 4-3。表 4-1 富水區測線測點控制表 富水區 1 富水區 2 測線測點范圍 測線 測點范圍 4 線 1280-1400 9 線 1660-1760 5 線 1180-1500 10 線1700-1800 6 線 1240-1560 11 線1700-1900 7 線 1280-1520 12 線1740-1880 8 線 1280-1480 13 線1780-1940 9 線 1340-1440 14 線1820-1940 表 4-2 采空區測線測點控制表 采空區 1 采空區 3 測49、線 測點范圍 測線 測點范圍 測線 測點范圍 11線 1160-1460 21 線900-1520 29 線 1300-1820 12線 1180-1440 4 線 820-920 30 線 1460-1560 13線 1160-1420 5 線 760-1100 采空區 2 14線 1080-1420 6 線 1000-1240 測線 測點范圍 15線 880-1420 7 線 1080-1280，1520-164019 線 1760-1880 16線 920-1440 8 線 1120-1280，1480-156020 線 1680-1880 17線 940-1440 9 線 1140-150、340，1440-154021 線 1640-1680 18線 940-1460 10 線1160-1500 19線 940-1460 20線 920-1460 采空區 4 采空區 5 采空區 6 測線 測點范圍 測線 測點范圍 測線 測點范圍 28線 1940-2060 28 線2220-2360 7 線 640-760 29線 1940-2100 29 線2220-2400 8 線 600-900 30 線2240-2400 9 線 540-900 31 線2200-2390 32 線2160-2400，2520-2560 33 線2200-2540 34 線2320-2600 35 線251、260-2640 表 4-3 干擾區測線測點控制表 干擾區 1 干擾區 2 干擾區 3 測線 測點范圍 測線 測點范圍 測線測點范圍 17線 2300 28 線3000 36 線2220-2420 18線 2180-2360 29 線2980-3100 37 線2220-2480 19線 2000-2400 30 線2980-3180 38 線2220-2500 20線 1960-2480 31 線2720-2840,2940-324030 線2200-2400 21線 1860-2520 32 線2660-3300 40 線2120-2380 22線 1720-2340 33 線2680-352、340 41 線2040-2340 23線 1680-2220 34 線2720-3280 42 線2140-2300 24線 1620-2080 35 線2860-2900,3040-320043 線2140-2300 25線 1540-2020 36 線3140 44 線2120-2300 26線 1460-1940 45 線2140-2300 27線 1440-1800 46 線2080-2300 圖 44 為典型剖面 11 線視電阻率等值線斷面圖，圖 45 為該線解釋結果。根據視電阻率等值線平面圖確定該測線有兩個斷層 FD2和 FD4,斷層 FD2在測線的 720 號點附近，為東盤下降53、的正斷層，傾角約為 75；斷層測線 FD4在測線 1360 號測點到 1380 號測點之間，為東盤下降的正斷層，傾角約為 75，根據解釋成果平面圖及視電阻率剖面圖，視電阻率相對較低的低阻異常區與采空區含水有關，推斷在 1#煤層的 1160 號測點到 1460 號測點范圍內采空，在 1700 號測點到 1900 號測點范圍內有富水的情況。把解釋結果繪成圖 45。圖 4-4 典型斷面 11 線圖 圖 4-5 典型 11 線斷面成果圖 第五章 結論及建議 第五章 結論及建議 1、工作方法正確，野外數據采集質量可靠。選擇穿透能力強分辨率高的瞬變電磁測深法，通過計算機模擬結果和開工前的，野外試驗數據處理54、情況，工作中采用適當的觀測參數系統，經過室內資料處理和解釋，所得成果表明，選擇方法正確，處理手段得當，很好地達到了預期效果。2、本次工作嚴格按照任務書和有關規范進行工作。共布置測線 47 條，總計完成坐標物理測點數為 3857 個，質量檢查觀測點 200 個，總計物理點數 4057 個，剖面總長度 76200 米，較好地完成工作任務。3、在資料解釋上，根據感應電動勢和視電阻率值的大小判斷富水區采空區及斷層的分布范圍。4、根據平面圖上感應電動勢的大小，劃分出兩個富水區和六個采空區和四條斷層。富水區分布于測區東南邊緣，富水區 1 位于 4-9 測線的1180號測點到1560號測點范圍內，富水區2位55、于9-14測線的1660號測點到 1940 號測點范圍內，富水區具體分布范圍見表 4-1（富水區測線測點控制表）；采空區分散分布于測區內，其中采空區 1 的面積較大，分布于測區南部范圍，采空區 1 的南部與富水區 1 的北部相連，采空區 5 面積為采空區 1 面積的四分之一左右，采空區 2、3、4、6 面積相對較小，采空區具體分布范圍見表 4-2（采空區測線測點控制表）；在測區內由于礦區、房區及高壓線的存在，對瞬變電磁勘探工作產生不可避免的干擾，主要存在三個干擾區，其中干擾區 1 為最大干擾區，根據對實際情況的了解，將此三個干擾區也列為采空區，干擾區具體范圍見表 4-3（干擾區測線測點控制表）56、。建議在煤礦開采過程中要特別注意這些區域。推斷礦區內主要有四條斷層分別編號為 F1D、F2D、F3D、F4D，斷層基本為北東走向。F1D斷層位于礦區西北側，走向北東 30，為西盤下降的正斷層，落差 150-200m，在側區內延伸長度約 3300 米。F2D斷層位于礦區西北部，斷層走向北東 35，為東南盤下降的正斷層，傾向南東，傾角 75，落差 60m。向東北延伸，推斷斷層落差可能增大為 120m，在側區內延伸長度約 3500 米。F3D斷層位于礦區中部，斷層 F2D東部以南，并與 F2D相交于 22測線的 1000 號測點附近。斷層走向北東 40，東北延伸出礦井斷層落差 60m，在側區內延伸長度約 2400 米。F4D斷層位于礦區東部邊緣，根據勘探成果，該斷層東南盤下降、西北盤上升，屬于正斷層，走向北東 35-40，落差 180m,位于東南邊界附近，在側區內延伸長度約 2200 米。由于斷層明顯導水，一方面要對斷層提前采取防治措施，另一方面在采掘到富水區位置時，加強井下巷道超前探測工作。