瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用研究.pdf

究

磁法相对于传统的直流电勘探法具有较大的优势，包括灵敏度高、探测深度较深
以及抗干扰性强等，这也使得瞬变电磁法被广泛应用于煤矿、油田等领域。为了
满足现代地球物理勘探的应用需求，应用瞬变电磁法时需要充分结合实际生产条
件，尽可能地控制其分辨率和精度。本文首先分析瞬变电磁法的基本原理，其次

探讨瞬变电磁法的应用，以供参考。

关键词：瞬变电磁法；地球物理勘探；数据处理；地质结构

引言

煤矿掘进工作面水害超前探测方法多种多样，其中直流电法、音频电透视、
瞬变电磁法应用最为广泛，对岩层的富水性的反应较为敏感。每种探测方法各有
优缺点，其中瞬变电磁法凭借其成本低、效率高、对含水体响应灵敏等优点，成

为煤矿采掘工作面水害预测预报的首选方法。

1瞬变电磁法的基本原理

矿井瞬变电磁法（矿井时域电磁法）是一种基于电磁感应的时域人工源电磁

探测方法。其原理是使用不接地的Tx（磁源）向道路空间发射一个脉冲磁场(通
常称为一次磁场)，并将其穿过。在一次场闭合时刻，在导电性好的矿体中激发
的感应涡流是一个时间衰减的涡流场，他能激发出一个时变的感应电磁场（俗称
二次场）。由于这个时刻变化的感应电磁场可以反映出各种各样的地电信息，如

导电性好的矿体的形状、大小、位置、电导率等，利用接收线圈Rx观测脉冲磁
场区间内的二次场（或响应场），将这些响应的信息提取出来并加以分析，从而

能达到检测地质构造的目的。
瞬变电磁法的应用

2.1井下瞬变电磁法的应用

井下瞬变电磁法是利用不接地回线向探测地层发射一次脉冲电磁场，在一次
脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈观测二次涡流场的方法。其工作方法是在
井下掘进工作面设置发射线圈，首先通以一定波形电流，从而在巷道周围空间产
生一次磁场，并在围岩中产生感应电流，然后进行断电，感应电流由于热损耗而
随时间衰减。衰减过程分为早期、中期、晚期，早期电磁场衰减快，趋肤深度小，
晚期电磁场衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后不同时间段的二次场随时间的
变化规律，即可得到不同深度岩层的地电特征。与地面瞬变电磁法探测不同，由
于受煤矿巷道断面影响，井下瞬变电磁法采用小规模的多匝回线装置，能有效降
低体积效应的影响，进一步提高勘探分辨率，特别是横向分辨率。井下瞬变电磁
法的测量装置距离低阻异常区更近，与地面同样装置及参数设置相比信号更强，
大大提高了测量信号的信噪比。井下瞬变电磁法测量时，既可以直立于巷道内进
行超前探测，也可以倾斜于巷道顶底板测量一定深度内含水性异常体的垂向和横

向发育规律。

2.2瞬变电磁法在煤矿水文地质勘探中的应用

在煤矿水文地质勘探过程中应用瞬变电磁法时，通常在地面设置回线，借助
电流脉冲方波在降落过程中向地下再次进行磁场传播。同时，在磁场极力作用的
影响下，地球地质体会产生各种各样导电类型的涡流，该涡流逐渐减小，由其电
流性质进行反映推演。通常，根据不同延迟时间下对二次感生电动势的不同，绘
制出磁场特性随时间变化的曲线。一方面，当地下存在无良导体时，曲线呈现出
快速衰减的明显特征；另一方面，当地下存在有良导体时，曲线呈现出渐变的明

显特征，进一步探测到多种类型的地下导体。

2.3矿井排水措施

根据掘进工作面上覆岩层采空区的积水情况，在开掘活动开展时，可能使得
采空区的积水流入到大巷中，从而耽误工程，影响施工的速度。所以，在进行工
作面的掘进工作之前，为了保障井下人员的安全生产，一定要针对采空区做出相
1）当施
工人员在排放积水时，一定要对采空区的积水量、排水高度、煤矿的排水性能以
及井底水仓的储量做出一个大致的估算，事先设计好采空区的放水顺序，同时还

要针对放水孔的流量做出控制。2）要针对煤层的透水性，进行水量以及水压的
相关系数实验，一旦出现煤壁渗水以及放水性能不佳等状况，要做出及时的应对。
此外，还要对井下工作人员的逃生路线做出设计，对于逃生路线一定要保持畅通
无阻；再者，巷道掘进工作面要配备一个完备的排水设施，其中要布置一条直径

不低于100mm的排水管路，还要同时配有两台额定功率不低于50kW的水泵，1台
工作，1台备用。备用水泵需要接通电源。并且还要在巷道的特殊点处单独安放
临时的水仓；关于水仓的位置布置，主要将其布置在煤帮周围，同时还要对水仓

的规格有要求，长度要求不低于4m、宽度不低于4m、深度不低于2m，在水仓的
底部铺设50mm厚度的混凝土，周围搭建墙体，设置专门的管理人员。在打钻孔
时，使用液压回转钻机搭配尺寸为130mm的钻头开始钻孔，当钻孔深度达到10m
时，将钻孔封住并设置闸门；在以上工作进行完善以后，还要对封孔装置进行压

力测试，如果达到工程要求，就更换规格为60mm的钻头继续进行钻孔，然后经
由相关工作人员去检查钻孔的具体状况。此外，在