钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法

利用掘进巷道超前探水钻孔进行钻孔瞬变电磁法探测钻孔孔壁外围远距离含水体,避免了常规测井方法仅能探测钻孔孔壁岩层的“一孔之见”。目前钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响,接收到的单分量响应不能判别异常体方位;多分量响应可以近似判断异常体的大致方位,但难以通过成像等直观有效的方法对其进行精确定位。基于钻孔瞬变电磁法和方位电磁波测井相关理论,提出了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,采用方位线圈作为探测装置,减小线圈互感,增强钻孔瞬变电磁法的探测效果。同时,通过改变线圈旋转角,对钻孔孔壁进行360°扫描,形成钻孔径向全方位探测,旨在对钻孔孔壁外围岩体中的低阻体进行精确定位。首先推导方位线圈的互感解析表达式,探讨方位角对方位线圈互感的影响,通过数值计算确定最佳方位角取值。分别建立均匀介质和含低阻异常体的钻孔全空间三维地质-地球物理模型进行瞬变电磁场数值模拟,分析方位线圈的瞬变电磁法扫描探测多分量响应特征,总结方位线圈扫描探测瞬变电磁响应规律,确定了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,即通过钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征判别钻孔孔壁外围岩体中低阻异常体的位置。最后建立含2个低阻体的地质-地球物理模型,采用最佳方位角的方位线圈进行数值实验,验证了该方法能有效地判别低阻异常体的方位。研究表明:钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测结果可以较好地反映钻孔径向外围岩体中低阻异常体引起的瞬变电磁场异常,全空间视电阻率成像结果分辨率较高。依据钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征,钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法对钻孔孔壁外围岩体中的低阻异常体具有较高的分辨率及定位精度。研究结果可以为钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法的实际应用提供理论依据。

等值反磁通瞬变电磁法在矿山采空区隐蔽致灾水害勘查中的应用

等值反磁通瞬变电磁法具有抗干扰能力强、受场地限制小、分辨率高、不受高阻屏蔽、对低阻敏感等特点,广泛应用于工程勘查中。本次工作采用等值反磁通瞬变电磁法对地下富水采空区和导水裂隙、破碎带进行探测,取得了良好的效果,为矿山隐蔽致灾水害治理提供了参考。

内蒙古克什克腾旗赛汉敖包铅锌矿区等值反磁通瞬变电磁试验研究

克什克腾旗-乌兰浩特是大兴安岭西南段一条重要的铁、铜、铅、锌、银、锡、钼多金属成矿带,赛汉敖包铅锌矿区位于该成矿带的西南端,是受断裂构造控制的中低温热液充填式铅锌多金属矿床。利用等值反磁通瞬变电磁系统,对已知主要矿体地段开展的地表垂向和坑道水平测深试验研究结果表明,电阻率反演结果对于表现为低阻特性的构造破碎带、矿化蚀变体、富水裂隙等有较好的反映,结合已有勘查成果分析及认识,圈定了6处与已知见矿地段及地层,不整合面相关的透镜体状中低阻凹陷或高低阻渐变异常带,为后续钻探部署提供了依据。

方形小线圈瞬变电磁响应特征与地质探测应用

煤矿开采逐渐趋于深部的同时伴随着地下空间环境的复杂化。为优化瞬变电磁法探测精度与便携性,根据瞬变电磁法理论对数值模拟中的有限元计算方法进行了分析,采用正演模拟探究了边长为0.5、1.0、2.0 m的正方形发射线圈中心点的感应电动势响应特征,以及边长0.5 m正方形、直径0.1 m不含磁芯圆形、直径0.1 m含磁芯圆形接收线圈在边长0.5 m正方形发射线圈激励下的瞬变电磁响应特征。通过建立巷道掘进工作面超前探测地质构造数值模型,对比了边长0.5 m正方形小线圈与边长2.0 m正方形小线圈的探测效果,并以大西煤矿为例,对边长0.5 m正方形小线圈瞬变电磁技术进行了工程实践。结果表明:边长0.5 m正方形小线圈装置的感应电动势变化规律与边长1.0、2.0 m正方形小线圈相同,但幅值略低;相比于边长2.0 m正方形小线圈具有更高的探测精度。在工程实践中,边长0.5 m正方形小线圈装置可以有效地探明富水区与陷落柱地质构造区域,证明了边长0.5 m正方形小线圈瞬变电磁法在地质探测中的可靠性。

等值反磁通瞬变电磁法在煤田采空区探测中的应用

煤田老窑采空区是煤矿安全生产的主要隐蔽致灾因素,瞬变电磁法具有成本低、效率高,且对低阻体敏感等特点,是煤矿采空区探测的常用方法。本文以新疆沙湾县小沟煤矿为研究对象,进行了中心回线装置和等值反磁通装置对比试验,最终采用等值反磁通瞬变电磁与工程地质钻探相结合的方法,基于已知采掘巷道充水的异常特征及钻探验证信息,建立了低阻异常识别标志,有效地圈定了煤田采空区。结果表明,在煤田采空区充水且埋深小于200 m的情况下,等值反磁通装置得到的异常幅度要比中心回线装置高3~5倍,对低阻异常体的灵敏度更高,发现异常的能力更强。应用等值反磁通瞬变电磁法可以查明采空区形态、厚度、埋深等特征,适用于干扰严重、地形复杂、建筑密集的矿山复杂环境。

钻孔瞬变电磁法扫描探测磁芯线圈激励电磁场响应特征

瞬变电磁测井一般采用超小线圈作为发射装置,由于激励产生的瞬变电磁场强度较低,仅能进行钻孔孔壁岩层探测,无法实现钻孔外围径向远距离探测及地质异常体精确定位。基于全空间瞬变电磁场相关理论,提出钻孔瞬变电磁法(BTEM)扫描探测方法,利用磁芯线圈激励电磁场,增强发射磁矩,提高钻孔瞬变电磁法的径向探测距离。同时,通过灵活调整线圈方向,对钻孔孔壁进行360°扫描,实现钻孔径向方向全方位探测,提高钻孔瞬变电磁法对含水地质体的空间分辨率和定位精度。建立钻孔全空间三维地质-地球物理模型,提出优化的网格剖分策略,采用特殊网格结构对钻孔中磁芯线圈进行网格加密及规范化,提高数值模拟精度。采用有限单元法分别计算均匀介质条件下钻孔瞬变电磁法磁芯激励电磁场响应以及含有低阻地质异常体时钻孔瞬变电磁法不同装置探测的瞬变电磁场响应,分析了共面偶极装置及共轴偶极装置以及不同几何参数对应的瞬变电磁场响应特征,采用全空间全区视电阻率计算及时深转换算法进行全空间电阻率成像。研究表明,在钻孔瞬变电磁法超小线圈中加入磁芯可以显著增强电磁场强度,并且增强的幅度与磁芯的直径和长度成正比,相比较而言,增大磁芯长度对电磁场响应的增强作用更为显著;钻孔全空间磁芯线圈激励时探测结果可以较好地反映钻孔径向外围岩层中低阻地质体引起的瞬变电磁场异常,共面偶极装置和共轴偶极装置均可以获得较为理想的探测效果,全空间电阻率成像结果分辨率较高,相比较而言,共面偶极装置得到的异常幅度更大,并且对异常体中心的定位更为准确,而共轴偶极装置对异常体整体形态和边界的刻画更为准确。

瞬变电磁共中心零磁通线圈研制与试验

基于小尺度共中心线圈的瞬变电磁方法因施工便捷、快速且对低阻体敏感等优点,而被广泛应用于矿山、交通、水利等领域的工程地质探测。但理论与实践表明,该方法实测早延时信号明显失真,所计算的视电阻率值严重偏离实际,从而造成该方法对浅层地电信息的探测能力缺失,存在勘探盲区。为克服该技术缺陷,首先重建了共中心观测方式下仪器记录的瞬变场信号,基于理论分析研究了接收系统暂态过程和一次场对瞬变场观测信号的影响特征。结果表明,接收系统暂态过程和一次场是引起早延时数据失真的2个原因;与前者相比,后者对瞬变场有效分辨时间滞后的影响更大,为关键因素。同时指出在调制接收系统阻尼匹配情况下,进一步消除一次场干扰是减小勘探盲区的有效途径。基于此,考虑到发射线圈内、外磁场极性相反的特点,建立了共中心零磁通线圈的绕制方法,明确采用内、外接收线圈串联的方式可实现接收线圈内一次场总磁通量趋向于零(即零磁通);并通过公式推导,给出了内、外接收线圈匝数比的理论计算方法。现场试验结果表明:(1)内、外接收线圈匝数比的理论值较为可靠,但因线圈绕制存在误差,实际中还需结合线圈实测信号特征进行修正;(2)与中心线圈相比,所绕制的零磁通线圈受一次场干扰明显减小,瞬变场有效分辨时间大幅前移,早延时信号得到高度保真;在此基础上,通过增加内、外接收线圈匝数,可有效改善晚延时数据信噪比;(3)与中心线圈相比,零磁通线圈实测数据对试验区浅层地电信息的分辨能力明显增强,较好地解决了瞬变电磁方法存在浅层勘探盲区的技术难题,体现了零磁通线圈的可靠性和优越性,可为实际探测提供装备支撑。

瞬变/谐变一体化的大地电磁收发线圈设计

采用瞬变电磁法和谐变电磁法仪器观测地下空间数据并进行融合处理,能够提高探测成像能力,然而现有的瞬变电磁法和谐变电磁法仪器独立成套,必须配置多套仪器分次采集。设计了一种可满足瞬变/谐变两种模式使用的小型、大带宽、高灵敏度大地电磁收发线圈,为便携、浅层高分辨的瞬变/谐变一体化电磁探测系统开发奠定基础。首先,建立了空心线圈传感器等效电路模型,分析了线圈传感器的灵敏度和噪声特性,制作的传感器经过测试表明,在1125 Hz处,灵敏度为23.12 mV/nT,等效磁噪声9.27 pT/√Hz,传感器带宽1 Hz~100 kHz;然后,通过公式和有限元软件对传感线圈偏心放置时收发耦合进行了计算,确定了收发线圈组合的最佳耦合位置,计算和仿真结果与实际位置分别相差0.21%和0.17%,有效对消了发射磁场(一次场)。构建了时间域和频率域电磁法探测系统,测试表明,设计的瞬变/谐变一体化收发线圈能够满足时间域和频率域电磁法两种探测模式使用。

等值反磁通瞬变电磁法在金矿采空区探测中的应用

甘肃省玛曲县大水金矿是西秦岭地区的典型矿山之一,由于矿山的连年持续开采,导致在5号、9号高陡边坡下方形成一系列不同埋深的采空区,引起局部地面塌陷,存在较大安全隐患,根据环保及安全方面的要求,急需查明隐伏塌陷的空间展布特征,有效预防地质灾害的发生。本次研究采用等值反磁通瞬变电磁勘探技术,通过对勘察区典型断面图异常特征的精细解释,结合勘察区水文地质、基础地质等资料的综合分析,进而实现矿山隐伏塌陷的透明化、立体化。研究结果表明:利用等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)进行地下采空区探测,能够较好地反映采空区隐伏地层的岩性电性特征,并且采空区与围岩的物性差异明显,可有效查明地下采空区的空间位置及基本形态特征。同时基于多勘探线物探剖面采空区边界特征点数据,结合计算机三维建模技术,可实现采空区空间形态三维可视化,透视采空区的立体特征。等值反磁通瞬变电磁法的实施效果及三维建模技术为矿山恢复治理及安全评价提供了技术依据,可以有效服务于数字矿山的建设。

等值反磁通瞬变电磁和微动勘探在浅部岩溶探测中的应用

隐伏岩溶常会导致地面塌陷、水库渗水、坑道涌水等灾害的发生,提前查明岩溶的分布及发育情况对岩溶区的工程设计和施工具有重要的指导意义。地球物理方法是探测岩溶最有力的方法之一,针对山东龙口港储罐区岩溶发育、场地有限以及电磁干扰严重等问题,采用等值反磁通瞬变电磁和微动勘探联合探测的方法,开展了浅部岩溶探测。首先选择等值反磁通瞬变电磁法开展了10 m×5 m网格的扫面工作,获得了场地3D地电模型;然后在反演解释的岩溶发育区上方补充3条微动勘探短剖面,弥补等值反磁通瞬变电磁无法通过中高电阻率异常分辨出填充空气溶洞的不足。结果表明:基岩层的低电阻率异常区同样表现出视S波低速异常,2种不同参数的异常对应良好,推断为岩溶所致;同时,在基岩层中也存在部分视S波低速异常区在电阻率剖面上表现为中高电阻率的情况,后经钻孔验证此类异常为空气填充的岩溶所致。经过2种方法联合推断解释,后期钻孔验证钻遇溶洞的成功率达到了70%,证明了这2种方法联合探测的有效性。研究成果可有效解决在复杂环境条件下探测浅部岩溶的难题,具有良好的推广应用价值。

等值反磁通瞬变电磁法和InSAR技术在杜家山特大桥煤矿采空区勘查中的应用

详细介绍了等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)及地表形变监测技术(InSAR)的理论与原理。通过对杜家山特大桥所处地段煤矿采空区地质和地球物理条件的分析,对深度为40~150 m范围内的煤矿采空区进行了两种方法的综合勘查。通过对两种手段所获原始数据的处理并结合资料进行分析和解释,有效查明了杜家山特大桥煤矿采空区的位置、形状、空间展布与地表变形特征。项目实践表明:采用等值反磁通瞬变电磁法与InSAR地表形变监测技术综合运用,可探测复杂条件下的煤矿采空区分布情况,并为场地的安全稳定性评估提供重要的参考资料,从而为高速公路桥梁选址及基础设计等提供可靠依据。

等值反磁通瞬变电磁法探测滑坡堆积体的应用

西部大开发工程基建中经常遇到滑坡体探测问题,由于滑坡体滑床滑动面与第四系覆盖的电性差异小,常规电磁法分辨困难。为此,提出利用等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)探测滑坡堆积体、反向追踪山体错动面的方案,构建滑坡堆积体地电结构模型,通过正演计算研究滑坡堆积体的瞬变电磁响应规律,从理论上分析了不同厚度的滑坡堆积体瞬变电磁响应规律以及在不同覆盖厚度下的瞬变电磁响应规律;对已知滑坡体的探测试验表明滑坡问题上首先分析堆积体观点的正确性,同时表明OCTEM用于山区滑坡堆积体的探测有效性。

等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报中的解释方法研究与应用

瞬变电磁法具有对低阻体反应灵敏的特点,在探测隧道掌子面前方含水或充泥断层、破碎带等低阻不良地质体上具有独特的优势。这里首先简单介绍了等值反磁通瞬变电磁法的原理及特点,然后通过对隧道全空间域高低阻模型一维正演曲线响应特征、视电阻率及视纵向电导曲线的解释特点和效果进行较为全面地分析研究,提出并分析了视电阻率等值线图与视纵向电导断面图联合解释方法。最后通过两个应用案例,总结出等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报成果解释中的一些特点和规律。结论表明,等值反磁通瞬变电磁方法适用于隧道超前质预报工作,能够有效提高预报成果的精度及准确度。

等值反磁通瞬变电磁法在地裂缝调查中的应用

等值反磁通瞬变电磁法在继承瞬变电磁法对低阻异常反映敏感、空间分辨率高和探测空间大等特点的基础上,克服了一次场关断对二次场探测的影响,没有探测盲区,在浅层地质结构探测方面具有独特优势。地裂缝发育具有隐蔽性和不确定性,勘查难度较大,地球物理探测可以快速高效地获取地裂缝发育位置和空间特征。为探测宋庄地裂缝发育部位浅地表构造特征及地裂缝向下发育情况,在通州徐辛庄地区典型地裂缝发育部位布设了等值反磁通瞬变电磁测量剖面4条,共计测点123点。基于测量结果,分析了80 m以浅地层结构,推断了疑似古河道发育特征,解释了地裂缝发育点11处,其中4处地表可见明显开裂现象。本次解译结果符合研究区地质背景,为该区地裂缝和地面沉降调查提供了地球物理依据,也为相似地区开展此类工作提供了借鉴。

等值反磁通瞬变电磁法在城市生活垃圾填埋场渗漏检测中的应用

长期工作的城市生活垃圾填埋场,易发生垃圾堆体下部底膜破损渗漏情况,常规的物探检测方法不仅受场地和探测深度等局限性影响,还会对表层的雨污分流膜造成一定的破坏,且上部较厚的垃圾堆体往往还会形成低阻屏蔽,难以有效应用于城市生活垃圾填埋场的渗漏检测之中。在不破坏生活垃圾填埋场表层雨污分流膜的情况下,等值反磁通瞬变电磁法(Opposing Coils Transient Electromagnetic Method,OCTEM)能穿透低阻覆盖层,准确、快速、有效地探测出垃圾堆体下部底膜的破损渗漏情况,实现真正的无损检测。本次研究采用OCTEM对龙山县城市生活垃圾填埋场物探检测异常进行开挖验证,结果显示,防渗膜接缝处有多条裂缝和漏洞,最长的裂缝长度接近1 m,最大的漏洞直径大于30 cm,证实了OCTEM推测的渗漏异常与开挖情况吻合较好,有力地说明了OCTEM在城市生活垃圾填埋场渗漏检测中是一种行之有效的无损检测手段。

等值反磁通瞬变电磁法在铅锌矿勘探中的适用性研究

等值反磁通作为一种浅层瞬变电磁法,具有抗干扰能力强、分辨率高的特点,多用于工程物探相关领域.为研究该方法在矿山找探矿中的适用性,选择青海某铅锌矿区,在钻孔控制的勘探线上开展了方法有效性试验.同时针对矿区首采区西侧地层、矿床及构造分布不明,找矿思路不够清晰等问题,结合已知矿体的分布特征,开展了面积性测量工作,初步查明了地层、构造的分布情况,圈定了矿致异常,提出了矿区找探矿的新思路.经过后期钻孔验证,证实了物探成果与实际地质基本吻合.研究结果表明该方法在矿区浅部矿产勘探中具有良好的适用性,为矿区下一步找探矿及矿权维护提供了支撑依据,具有重要的实际应用价值.

等值反磁通瞬变电磁法在城市地质调查中的应用

随着城市基础建设的快速发展,对城市地质工作的需求日益增强,城市地质调查工作显得尤为重要。在城市中开展物探工作,因探测目的和工作环境的不同,与传统应用物探方法相比,城市地质调查所采用的物探方法具有干扰因素多、施工场地和时间有限、探测精度要求高等特点,而等值反磁通瞬变电磁法具有抗干扰能力强、施工方便、快捷、分辨率高等优点。本文采用该方法在海东市城市地质调查评价中进行试验剖面,该剖面横穿11条公路和铁路,穿过厂房、学校、物流园、村庄、生活小区、河流等干扰物,干扰源众多。结合电阻率测深点资料,等值反磁通瞬变电磁法探测结果与电测深单点结果、钻探揭露情况吻合较好,证明该方法对城市地质调查探测是行之有效的。

等值反磁通瞬变电磁法在贵州岩溶地区勘察的应用

岩溶地区勘察是岩土工程勘察领域的一个难点,采用钻探手段探测溶洞效率较低,通常需结合物探进行溶洞探测。依托贵阳市某生活垃圾焚烧发电项目,将物探方法中的等值反磁通瞬变电磁法与钻探相结合进行岩溶勘察研究,大范围开展工作前先选取一处钻孔勘察出溶洞的区域进行试验以验证方法有效性并确定场地条件下的最优采集参数。结果表明:通过等值反磁通瞬变电磁法结合钻探在本场地进行岩溶勘察取得了一定探测效果。

基于高密度电阻率法的雄安新区填埋坑塘探测效果分析

为探索有效探测雄安新区填埋坑塘的地球物理方法,本文尝试应用高密度电阻率法探测雄安新区已填埋坑塘的空间特征,其解译结果与等值反磁通瞬变电磁法剖面反演结果相互印证,后经槽探和钻孔验证,高密度电阻率法反演结果解译的填埋坑塘的范围和埋深与验证结果基本吻合,该方法在横向和纵向上具有良好的分辨率,能获得浅部丰富的地质信息,达到了精细化探测目的,应用效果显著。高密度电阻率法在雄安新区探测填埋坑塘的成功尝试,为今后雄安新区及其它类似地区探测填埋坑塘方法选择提供了借鉴和参考。