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1、第六届中国国际地球电磁学, t - 讨论会 T h es i x t hC h i n ai n t e r n a t i o n a lg e o - e l e c t r o m a g n e t i cw o r k s h o p 双源大地电磁测深在采空区勘探中的应用 于师建王玉和 ( 山东科技大学资环学院泰安2 7 1 0 1 9 ) 摘要 x 卫源大地电磁测量系统利用大地电磁测量原理，O 1 H z 5 0 0 H z 利用天然电磁场源，5 0 0 H z 1 0 0 K H z 设计了特殊的人工电磁波发射源，专门用来弥补这一频段范围内大地电磁场的信号微弱， 避免人文电磁于扰
2、谐波的影响。文中给出的采空区勘探实例是在村庄内高干扰背景下取得的勘探 成果。由实测电阻率断面图可以连续追踪采空区并能推断断层构造的存在。实际应用效果表明： 使用5 0 0 H z 1 0 0 K H z 人工源在几米l O O m 深度范围可获得理想的大地电阻率勘探效果。 T h eA p p i i c a t i o no fD o u b l eS o u r c eM a g n e t o t e l l u r i c S o u n d i n go nt h eM i n e 4 0 u tA r e aE x p l o r a ti o n Y uS h J j i a n
3、W a n gy u h e ( S h a n d o n gS c i e n c ea n dt e c h n o l o g yU n i v e r s i t y , T a i a n ，C h i n a ) A b s t r a c t D o u b l es o u r c eM Tm e a s u r i n gs y s t e m ，w h i c hm a k e su s eo ft h eM Tm e a s u r i n g p r i n c i p l e ，u s e s n a t u r em a g n e t o t e l l u r
4、 i cf i e l df r o m0 1 H z 一5 0 0 H za n du s e st h ea r t i f i c i a lm a g n e t o t e l l u r i cf i e l df r o m 5 0 0 H z 1 0 0 K H zf ni n c r e a s i n gt h e s i n g l es t r e n g t h a n d s u p p r e s s i n g t h eh u m a n ei n t e r f e r e n c e e l e c t r o m a g n e t i cw a v e
5、 T h i sp a p e rg i v e st h ee x p l o r a t i o nr e s u l to ft h em i n e - o u 。a r e at h a tw e r ea c q u i r e di n h i g hi n t e r f e r e n c ea tav i l l a g e n en a i n e o u ta 旭ac a nb et r a c e dc o n t i n u o u s l ya n dt h ef a u l t sc a nb ei n f c f r e d f r o mt h er e s
6、 i s t i v i t yc r o s ss e c t i o n T h ep r a c t i c e sa p p l i c a t i o no nt h em i n e o u ta r e ad e t e c t i o nh a v eb e e n p r o v e dt h a tt h ej d e n je x p l o r a t i o nr e s u l t sc a r lb eo b t m n e du s i n g5 0 m i Z 1 0 0 K H zm a n - m a d es o u r c ef r o m s e v
7、 e r a lm e t e r st o2 0 0m e t e I 8 第六届中国国辑地球电磁学术讨论佘 T h es i x t hC h i n ai n t e r n a t i o n a lg e o - e I e c t r o m a g n e t cw o r k s h o p 大地电磁测深主要观测频率在0 1 H z 至1 0 5 H z 范围内的大地天然电磁场。利用天然电磁场虽 然避免了人地电流供电，但天然电磁场不稳定，尤其在I K H z 1 0 0 K H z 范围内信号微弱，受工、业 电磁谐波干扰严重。这决定了大地电磁法只适合于采集较低频率的大地电磁信号
8、，通常观测时间 K ，适合解决较深层勘探问题。 为了解决1 K H z I O O K H z 电磁信号弱。干扰强的缺点，美国S t r a t a g e m 大地电磁测量系统利 用大地电磁测量原理，o1 H z 5 0 0 H z 利用天然电磁场源，5 0 0 H z 1 0 0 K H z 设计了特殊的人工电 磁波发射源，专门削来弥补这一频段范围内大地电磁场的信号微弱，避免人文电磁干扰谐波的影 响，从而大大提高了儿米1 0 0 m 深度范围的勘探效果。 1 S t r a t a g e m 大地电磁测量系统的数据采集 1 1 发射机定位 大地电磁测深以垂直大地的平面电磁波为理论基础，因
9、此，发射机到测点的距离很关键。 如果发射机距离测点太近，会产生错误的数据，得到错误的结果。反之，如果发射机太远，则信 号太弱，难以压制局部噪声，数据质量F 降。较严格的计算发射机位置的方法是场源距离测点至 少人丁I 最低r 作频率时“趋肤深度”的三倍，即由下式计算测点与发射机的距离 ： 厉 h = 3 5 0 0 仁m 1 ( 1 ) y 式中，p 为测区的平均电阻率，单位为Q m ；f 为最低工作频率，单位为H z 。 1 2 数据采集 S 仃a t a g e m 大地电磁测量系统，在测点上以时间序列采集两个正交的电场分量E 。、E 。和两 个正交的磁场分是风、j 0 若干次。对每次采集的
10、数据进行傅里叶变换形成各分量的振幅谱和相位 谱，供计算大地电阻率使用。 2 采空区地电特征 地下煤层开采引起上覆岩层冒落、断裂、弯曲变形，直至地表形成地面沉陷，采空区覆岩移 动破坏具有明显的分带性，自煤层顶板至地表分别为冒落带、裂缝带和弯曲r 沉带，其中冒落带 和裂缝带为岩体遭受破坏带。众所周知，岩体的受力变形，特别是遭受破坏后其物性参数电 阻率必然发生变化，变形和破坏程度不同，其电阻率的变化量级也不一样。对煤系地层而言，冒 落带电阻率一般是原地层电阻率的4 6 倍，而裂缝带的电阻率则是原地层电阻率的2 3 倍。通 过采空区与非采空区覆岩电阻率特征的比较，可以推断地下是否存在采空区。这种岩体破
11、坏的电 阻率变化特征为利用电阻率法探测采空区提供了理论依据。 由于历史的原因，我国某些地区的地下存在着大量的采空区，却没有详细的资料确定采 空区的位置。往往这些采空区大都分布在城镇或村庄附近，其埋藏深度一般小于l O O m ，对城市建 设及高速公路的建设造成影响。因此，探明采空区的确切位置将是至关重要的。 3 实测研究 圈1 为某地采空区大地电磁测深电阻率断面图。从图中可以清楚地看出，x = 0 4 m ，深度2 5 m ； x = 4 0 m 1 0 0 m ，深度2 0 m ，有一明显的带状高电阻率异常区，其电阻率超过1 5 0 n m 。这是由 丁地下煤层开采后，顶板岩层冒落形成较大的
12、空洞与裂缝，从而使开采冒落的地层呈现出很高的 电阻率，在剖面上则表现为沿煤层倾斜方向的条带状高阻带，而在未开采区则表现为正常电阻率 特征。根据这电性特征，可以连续追踪采空区，并可根据异常带的深度突然变化位置，解释断 第六届中国国际地球电磁学术讨论昏 T h es i x t hC h i n oi n t e r n a t i o n a lg e o - e I e c t r o m a g n e t l cw o r k s h o p 层的发育状况。该剖面有明显的断层两个，在x = 3 8 m 处，高阻异常带从深3 0 多米突然抬升到2 0 余米，从而推断x = 3 8 m 位置处有落差5 l O m 的小断层；x = 1 4 0 1 6 3 m 高阻异常带F 降至深度5 0 m ， 可以推断x = 1 2 0 1 4 0 m 之间有一落差大于2 0 米的断层存在。 图1采空区大地电磁测深电阻率断面图 4 结论 双源大地电磁测深成功地解决了大地电磁场信号微弱区和人文电磁干扰问题。实际应用表明 使用人工源在几米l O O m 深度范围内可获得理想的勘探效果。
