矿井TEM与地震联合反演导水陷落柱的试验研究

陷落柱对煤矿安全生产威胁极大,矿井TEM和地震勘探是2种主要的导水陷落柱探查方法,矿井TEM对富水性敏感,地震勘探空间分辨率高,为了充分利用2种方法各自优势,提出了基于矿井TEM和地震联合反演的导水陷落柱精细探测方法。首先,提出了基于镜像2D电阻率模型和全空间1D TEM正演算法的矿井拟二维(Pseudo-2D) TEM反演算法。矿井Pseudo-2D TEM反演算法既满足交叉梯度联合反演算法对2D模型的需要,又具有较快的反演计算速度。然后,通过去掉常规联合反演目标函数中的地震正演项,只在交叉梯度项中保留地震波阻抗模型参数,建立了单向交叉梯度联合反演算法。在单向交叉梯度联合反演算法中,地震波阻抗模型只对TEM反演进行约束,电阻率模型不对地震反演进行约束,地震波阻抗反演可以通过商业软件完成,TEM反演采用矿井Pseudo-2D TEM反演算法。通过对地震波阻抗模型进行双三次插值处理,实现地震波阻抗模型和电阻率模型之间的模型网格匹配。通过基于K-means算法的地震波阻抗模型聚类分割处理方法消除地震波阻抗模型中的次要结构变化,增加联合反演稳定性。最后,建立了含导水陷落柱地质-地球物理模型,采用有限差分方法分别进行了3D矿井TEM和3D地震勘探正演计算,对正演模拟数据进行了单独反演和联合反演计算。结果表明:联合反演能够同时重建理论模型的形状和电性特征,联合反演结果不仅具有较高的空间分辨率,而且能够反映陷落柱的富水性,优于单独TEM和单独地震方法反演结果。相比传统联合反演方法主要应用于大尺度目标体探测或浅地表成像,基于矿井TEM和地震的单向交叉梯度联合反演方法可以实现大深度小尺度目标体的精细探测。     

TEM探测低阻覆盖层下煤矿浅埋积水采空区

为了实现低阻覆盖层下浅埋积水采空区的瞬变电磁探测(TEM)，采用大发射回线可以增强信号，易穿透低阻覆盖层，提高其下部数据的信噪比，但会使浅埋积水采空区的反映信号主要集中在早期数据中，采用在反演过程中使用前次反演的最优正则化参数直接做为后次迭代的模型参数，并在迭代时控制步长的约束反演方法，可克服晚期视电阻率对早期信号分辨率低的弊端，实现对地层的电性分层与早期信号中积水采空区的空间定位。经建立K型地质模型正反演验算，以及经过钻探验证的实例表明：对瞬变电磁大磁矩数据进行约束反演，可以实现低阻覆盖层下浅埋积水采空区的定位探测。     

TEM探测低阻覆盖层下煤矿浅埋积水采空区

为了实现低阻覆盖层下浅埋积水采空区的瞬变电磁探测(TEM)，采用大发射回线可以增强信号，易穿透低阻覆盖层，提高其下部数据的信噪比，但会使浅埋积水采空区的反映信号主要集中在早期数据中，采用在反演过程中使用前次反演的最优正则化参数直接做为后次迭代的模型参数，并在迭代时控制步长的约束反演方法，可克服晚期视电阻率对早期信号分辨率低的弊端，实现对地层的电性分层与早期信号中积水采空区的空间定位。经建立K型地质模型正反演验算，以及经过钻探验证的实例表明：对瞬变电磁大磁矩数据进行约束反演，可以实现低阻覆盖层下浅埋积水采空区的定位探测。     

浅埋煤层采空积水区TEM与CSAMT探测优化反演

综合物探是圈定浅埋煤层采空积水区的有效方法,常规的中心回线瞬变电磁法(TEM)在反演非中心点数据时,存在计算误差。可控源音频大地电磁法(CSAMT)探测频率范围跨度大,对浅部地质体的分辨能力差。采用大定源TEM一维正演,计算了偏离发射回线中心不同位置测点的瞬变电磁响应,与中心点相比,偏离距越大,早期信号畸变越严重,以大定源TEM一维正演理论为基础,反演计算了非中心点数据,计算结果准确还原了模型的电性特征;对CSAMT频率进行优化,结合目标层埋深,加密对应埋深范围内的频点,提高CSAMT对浅埋地质体的分辨能力。通过正演模拟和实测数据处理,结果表明:大定源TEM一维反演可以消除偏离距带来的早期信号偏差,还原模型的真实电阻率响应;优化频率的CSAMT采集更丰富的浅部地层信息,实现对浅埋地质体的探测,2种方法综合探测,结果相互验证,消除了单一方法的多解性,探测结果更加可靠,是一种针对浅埋煤层采空积水区精确探查的有效方法,经钻探验证,结果准确。     

小回线源瞬变电磁探测能力的实验研究

为研究小回线源瞬变电磁法的实际探测能力,进行了现场实验。实验数据显示,小回线源对浅部地层无法识别,但晚期信号较强,对实验地点的探测深度达到了100 m,对该处的地电特征有较好的反映。同时进行了数值模拟,模拟结果与实际探测结果基本一致。研究结果表明,合理选择发射与接收线圈的匝数,可以使多匝重叠小回线装置达到理想的探测深度。     

高密度电法在广州地铁隐伏溶洞探测中的应用

提要该文以广州地铁某车辆段同步实施工程为例,采用二极装置,对高密度电法在浅层隐伏溶洞探测的应用进行了研究.通过选取两条测线,对无填充及填充溶洞的探测效果进行了分析.结果显示,在场地条件影响小、覆盖层较厚时,探测结果的解读借助反演程序会得到较好的结果;遇到存在异常电介质干扰,噪声较大的情况,需要修改反演程序参数,降低干扰,使反演模型的电阻率更平滑,从而有助于探测结果的精确解译.     

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...     

高分辨率CSAMT探测浅埋煤层采空区应用研究

以榆林市某矿为例,从施工参数、实测数据以及反演结果等方面对浅埋煤层采空区进行CSAMT高分辨率探测研究。通过对中高频进行优化以及采用多种抗干扰措施,在干扰较强的测区取得了可靠的实测数据,未采区和采空区的视电阻率曲线与相关资料吻合极好,证明了该方法的可行性。反演视电阻率断面与地质资料、采掘资料以及钻孔的吻合则进一步表明CSAMT探测浅埋煤层采空区具有较高的分辨率和良好的效果。     

高密度电法在穿透石方层探测小煤窑积水巷道中的应用

高速公路下埋深较浅的隐伏小煤窑巷道是路基的安全隐患,原生地层时比较容易探测,但对石料填筑的石方路基下小煤窑巷道的探测比较困难。针对此种情况采用高密度电法在G65高速公路铜川段局部进行探测,小极距且打浅钻孔、灌盐水泥浆的方式布置电极进行数据采集,在数据预处理阶段采用加权平均插值法消除不均一石方层对数据的影响,然后再进行带圆滑限定条件的最小二乘法反演,从而获得已知小煤窑积水巷道的异常特征。根据此方法对探测区段内所有数据进行处理,共发现异常区3处,并且均得到了钻探验证。     

利用综合物探法精准探测弓长岭露天矿采空区

为了对弓长岭露天矿采空区进行精准探测,首先根据高密度电阻率法,利用温纳、偶极、单边三极等装置采集的探测数据划分了各类地质条件下单采空区和双采空区的高、低阻模型,通过对比分析电阻率的差异,实现了对水平方向密集排列和垂向分布采空区的准确探测;然后结合瞬变电磁法,利用重叠回线、中心回线、分离回线、框一回线等装置,建立了同一地质体的地质及地球物理识别模型,通过观测线圈瞬变磁场结构、频率随时间和空间的变化信息,对该采空区的位置和规模进行了精准探测;最后,为了准确测定采空区的位置、规模、顶板厚度等信息,对高密度电阻率法、瞬变电磁法的探测数据进行处理,并结合现场地质实际情况进行综合解译,形成了采空区分布断面图和平面图。探测结果表明：弓长岭露天矿存在3个浅部采空区和2个深部采空区,进一步说明,将高密度电阻率法与瞬变电磁法有机结合,实现了探测技术的优势集成,有助于实现对采空区进行快速、准确探测。     

覆岩变形破坏高密度电法探测的相似模拟

通过构建高密度电法覆岩探测物理相似模拟平台,模拟工作面回采不同阶段的覆岩变形破坏规律。研究表明,实际电阻率变化率随弯曲变形带、裂隙带至垮落带逐步增大,而探测敏感性随深度增大逐步减小,覆岩变形破坏在反演电阻率变化率断面图中表现为上下大,中间小的沙漏形异常形态。基于反演电阻率变化率的动态探测方法可以实现对覆岩变形破坏的有效划分,能够为现场高抽巷布置提供依据。     

CSAMT在深埋隐伏断层导水性探测中的应用

针对大埋深条件下常规物探手段对断层探查精度较低的问题，采用CSAMT物探手段进行了探测。通过CSAMT适用性分析、现场参数优化试验、数据处理和反演计算，获得了探测区域地层视电阻率综合剖面，并与TEM探测结果进行对比。结果表明：CSAMT分辨率更高，电磁场信号更强，对深埋地层探测有明显的适用性|确定了CSAMT合理的测试参数，频段选择为5120～4Hz，频点数为32个，叠加时长为30min|对比分析了CSAMT与TEM现场应用的视电阻率，CSAMT可较好的反映出煤系地层倾角变化和局部富水程度，提高了探测的精细化程度。研究结果可为深埋隐伏构造或煤层顶底板富水性精细化探测提供技术手段与应用参考。     

CSAMT在深埋隐伏断层导水性探测中的应用

针对大埋深条件下常规物探手段对断层探查精度较低的问题，采用CSAMT物探手段进行了探测。通过CSAMT适用性分析、现场参数优化试验、数据处理和反演计算，获得了探测区域地层视电阻率综合剖面，并与TEM探测结果进行对比。结果表明：CSAMT分辨率更高，电磁场信号更强，对深埋地层探测有明显的适用性|确定了CSAMT合理的测试参数，频段选择为5120～4Hz，频点数为32个，叠加时长为30min|对比分析了CSAMT与TEM现场应用的视电阻率，CSAMT可较好的反映出煤系地层倾角变化和局部富水程度，提高了探测的精细化程度。研究结果可为深埋隐伏构造或煤层顶底板富水性精细化探测提供技术手段与应用参考。     

井下综合物探技术探测隐伏小煤窑采掘范围研究

小煤窑肆意采掘形成杂乱无序的采空区,对煤矿采掘工作面形成重大安全隐患。为了达到准确探测的目标和靶向性治理,探讨了矿井瞬变电磁法、四极测深法和矿井地质雷达法的基本原理,分析了存在隐伏小煤窑采掘情况时地层的地球物理响应特征,提出了3种物探方法相结合的井下综合物探技术,对团柏煤矿2个隐伏小煤窑井筒及采掘范围进行探测研究,并对探测结果进行了分析解释并得到钻探验证。应用表明,利用井下综合物探技术有效地探测了隐伏小煤窑井筒位置及其采掘范围,达到了对隐伏小煤窑采掘范围的多方法佐证、高精度综合探测效果,为后期针对性地治理小煤窑采空区提供可靠的技术保障。     

瞬变电磁法在井下采空区探测中的应用

在井下矿产的开采过程中,先前存在的未探明采空区对矿山生产带来了极大的安全隐患。本文以时间域电磁理论为指导,采用Terratem仪器、小线圈回线装置进行矿井采空区探测,利用不同的解译软件对同一测线的数据解译结果进行比对,表明瞬变电磁法在井下中浅采空区的探测中效果显著。瞬变电磁法探测能较准确地查明异常体的大小、深度和范围,同时可以进行定点深度范围内的电性差异探测,从而可以有效地找出井下采空区,是一种行之有效的地球物理探测手段。     

综合物探法在平朔东露天矿铁路专用线煤窑采空区探测的应用

小煤窑的无序无证开采,形成的采空区等地质异常体常成为公路、铁路等工程安全施工和长久运营的安全隐患。为解决上述问题,本文通过对测区浅部采空区采用探地雷达和AGI高密度电法、测区深部采空区采用EH4电磁成像系统的综合物探方法,得到了采空区分布的剖面图,划分了重点异常区,取得了令人满意的探测结果,为后期有针对性、有目的性地对采空区进行治理提供了保障。     

积水采空区地面-钻孔瞬变电磁探测技术

小煤窑积水采空区威胁煤矿安全生产,为有效识别钻孔旁侧遗漏的积水采空区并确定其空间位置,采用地面发射阶跃磁场、钻孔中接收三分量感应场的观测方式进行地面-钻孔瞬变电磁探测。通过构建积水采空区地电模型,正演分析了异常的响应特征及异常场随异常体电阻率、规模和相对钻孔距离变化的规律。计算结果表明:异常场的3个分量均响应明显,X,Y分量过零点与Z分量极值点对应异常体深度;X,Y分量幅值相对较小,但为纯异常场,便于识别和提取;Z分量幅值相对较强,但异常场为背景场的千分之一,不易识别和提取;由于更接近异常体,地面-钻孔观测方式相比地面瞬变电磁采集到的Z分量异常信号更强;异常响应强度随异常体电阻率降低、规模增大、距离减小而增强。基于等效电流环理论,设计了最小二乘约束反演算法,通过反演拟合异常场能获得异常体的中心坐标、倾角、尺寸等参数,实现异常体的空间定位。在陕西省榆林市某煤矿使用地面-钻孔瞬变电磁法开展积水采空区探测实验,采集的X,Y分量数据在目标层附近表现明显的异常响应特征,通过对1.0 ms和1.3 ms的异常场数据进行反演拟合,发现并推断钻孔北侧存在小煤窑积水采空区,反演结果得到后期钻孔验证,与实际揭露情况吻合。理论分析与现场实验证明:地面钻孔瞬变电磁法能有效探测到钻孔旁侧的积水采空区,实现"一孔多用"并突破"一孔之见",为小煤窑积水采空区的精细探查提供了一种新的地球物理勘探手段。     

基于COMSOL的三点源供电直流电法超前探测技术

传统单点供电电极直流电法超前探测技术对远距离异常体探测时，随着探测距离增加，信号逐渐减弱，准确度大大降低。为了解决远距离超前探测误差较大的问题，结合已有直流电法超前探测技术，将单点源供电，改为三点源供电；利用COMSOL软件进行模拟，绘制测线视电阻率曲线图，并通过SURFER绘制视电阻率剖面图。结果表明：三点源供电可以较好反映出远距离异常体位置，增加了超前探测有效距离，提高了超前探测准确度。     

小浪底水库库区煤矿采空区的地球物理探测

采用地球物理方法中的瞬变电磁法 (TEM)可以探测具有较明显电阻率差异的目标体 ,该文结合小浪底水库库区煤矿采空区的探测实例 ,介绍了瞬变电磁法的探测原理及方法 ,说明了该方法的有效性。     

瞬变电磁法探测小窑采空区效果分析

小煤窑采空区的存在对煤矿区的生产、人民财产安全和工程建设造成极大的安全隐患,通过地球物理方法有效地探测采空区的位置、范围、深度,成为解决上述问题的关键。瞬变电磁法(TEM)具有简便、快捷、对低阻体敏感等优点,在查明采空区方面有着广泛的应用。本文以TEM法在伊犁界梁子整合区的应用为例,分析了其探测采空区良好的地质效果。