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。     

高密度电法与瞬变电磁法联合勘查河北承德地区基岩裂隙水

缺水基岩山区的找水定井难度较大,单一地球物理方法很难达到准确找水的目的。为了弥补高密度电法探测深度浅,受地形影响较大等问题,采用高密度电法联合瞬变电磁法对基岩山区地下水进行探测,高效经济地实现山区地下水资源精准勘查。在探讨高密度电法和瞬变电磁法的基本原理和联合探测可行性的基础上,介绍了联合探测的找水前提和依据,结合河北承德地区基岩山区地下水勘查的工程应用,讨论了地形对高密度电法的影响,分析了两种方法的联合探测结果,综合两者低阻异常对应区域最终确定了基岩裂隙含水区,并通过钻孔验证了综合地球物理技术在基岩山区找水的有效性,为今后在类似地质条件地区基岩裂隙水的勘查提供了理论和实践依据。     

矿井瞬变电磁金属干扰响应特征与校正方法

为了消除巷道内金属干扰对矿井瞬变电磁探测的影响,以常见的铁轨干扰源为例,采用井下实验方法系统分析了铁轨影响下不同距离、不同方向和不同探测模式等情况的瞬变电磁响应特征和影响规律,发现铁轨的存在导致感应电动势幅值增大,且不同情况的探测响应差异较大。通过计算有无干扰的归一化感应电动势比值得到各时间窗的校正系数,在其基础上提出拟合函数校正法,并将其应用到某煤矿工作面顶板探测中。实际应用结果表明:基于拟合函数的校正方法能够较好的剔除干扰异常,准确反映煤层顶板含水异常区的范围和赋水程度,明显提高金属干扰下矿井瞬变电磁探测含水异常区的准确性。     

综合物探在山西省某煤矿采空区探测中的应用

为充分发挥物探方法在探测地下采空区的优势,查明山西省灵石县英武乡某煤矿地下采空区分布。根据测区场地条件,本文提出了地震勘探和氡气测量相结合的综合物探方法,利用反射波地震勘探的多次覆盖技术具有较高的探测精度,既能准确查明地下采空区分布的优势,又可弥补氡异常无法判断裂隙带产状及其地下延伸情况的不足;利用氡气测量受地形影响小、可准确圈定采空区边界和断裂构造位置的优势等优点,既可对地震勘探成果起到佐证作用,又可避免或减少其多解性。从而实现两种物探方法的优势互补作用,取得了较好的探测效果,该组合模式可为同类场地条件下探测地下煤层采空区提供有意义的借鉴。     

矿井瞬变电磁法电阻率偏低原因分析与校正方法

矿井瞬变电磁法由于采用多匝小回线工作装置进行发射和接收,实测视电阻率与大地中实际岩层电阻率相比存在严重偏低问题,给资料解释带来困难,探测深度也随之降低。通过数值模拟和现场试验,分别研究了半空间和矿井全空间条件下瞬变电磁法偶极装置观测信号随收发距的变化规律,发现收发距在20 m内变化二次场信号变化很小;随收发距增大,实测信号在双对数坐标系中呈线性衰减。理论分析表明,实测信号主要为发射线圈与接收线圈之间的互感信号和大地中感应二次场的叠加,其中互感信号强度远大于大地中感应的二次场,是造成电阻率偏低的主要原因。然后,基于互感电动势随收发距变化的规律,考虑到二次场信号在20 m收发距内变化很小,提出了利用两次不同收发距观测数据进行互感消除和二次场提取方法,推导了相关计算公式,实现了偶极装置矿井瞬变电磁法实测视电阻率偏低的校正。最后,通过半空间和全空间探测实例应用,验证了方法的有效性。     

矿井全空间三维主轴各向异性介质瞬变电磁场响应特征研究

研究瞬变电磁场中的电性各向异性问题,可以为各向异性条件下的地下全空间瞬变电磁法资料处理解释工作提供理论指导,对提高瞬变电磁法探测精度具有重要意义。为了研究矿井全空间条件下主轴各向异性介质的瞬变电磁场响应特征,采用改进的交错网格有限差分方法实现了主轴各向异性介质的瞬变电磁场三维正演。将电导率张量加入麦克斯韦方程组,对Yee氏交错网格进行了改进以便于对主轴各向异性介质中的瞬变电磁场进行差分离散处理,形成了全空间三维主轴各向异性有限差分正演算法。在均匀全空间模型中对比各向异性有限差分数值解及均匀全空间解析解,验证了算法的正确性。建立了不同各向异性类型和不同各向异性对称主轴姿态模型,分别计算了其瞬变电磁场响应,最后结合工程探测实例,通过正演模拟分析了不同主轴各向异性介质对瞬变电磁场的影响特征,解释了探测结果存在偏差的原因。研究表明:在矿井超前探测模式下,对于HTI-X介质,各向异性系数的变化对瞬变电磁场的影响不明显,不同各向异性系数条件下的感应电动势曲线差异较小;对于HTI-Y介质和VTI介质,各向异性系数的变化对瞬变电磁场有明显的影响,随着介质各向异性系数增大,介质瞬变电磁场响应不断变小;随着各向异性介质对称主轴方向与探测方向之间夹角的增大,各向异性介质产生的瞬变电磁场响应不断增大,当对称主轴方向与探测方向一致时(HTI-X介质),各向异性介质产生的感应电动势最弱,而对称主轴方向与探测方向垂直时(VTI介质),各向异性介质产生的感应电动势最强;不同类型的主轴各向异性介质具有明显的各向异性瞬变电磁场响应特征。     

瞬变电磁法运用V8探测深部采空区的效果

根据测区的地球物理特征,选用瞬变电磁法,运用V8Symtem2000.net多功能网络电法仪,以探测山西长治王庄煤矿采空区为例,通过对实测资料的采集、处理和计算机绘图等综合分析,准确查明了其采空区的位置,说明瞬变电磁法应用V8Symtem2000.net多功能电法仪探测深部采空区有较好的探测效果。     

锚网支护对矿井瞬变电磁响应的影响与校正

巷道中锚网支护对矿井瞬变电磁探测结果影响较大。为研究施工过程中锚网造成的干扰响应机制,基于COMSOL软件模拟锚网支护下不同探测距离时矿井瞬变电磁响应特征,分析其影响规律;结合相关井下试验,研究不同探测方向时锚网对矿井瞬变电磁的干扰特征;对某矿井下受锚杆支护干扰的瞬变电磁原始数据采用多项式拟合函数进行校正处理。研究表明:锚网支护使瞬变电磁接受的二次场感应电动势显著偏大,锚网干扰程度在一定范围内与线框的距离反相关,且探测线框平面正对金属体时受到的干扰响应最大。采用的校正方法很好地还原了真实电阻率分布特征,提高了解释精度。     

综合物探在河北涞源明长城下采空塌陷区勘察中的应用

针对河北涞源明长城所处地形陡峭的特殊场地条件,为查明其地下采空区及其近地表塌陷裂隙分布,在充分分析了现有物探方法的可行性基础上,提出了瞬变电磁测深（TEM）法和探地雷达（GPR）法组成的综合物探方法,既能适用场地条件的不利限制,又可通过不同方法间的优势互补,实现对本次勘察精度的需要。实践表明,该种综合物探方法组合模式得到了较好的勘察效果,其成果对同类勘察工作具有十分有益的指导或借鉴意义。