大定源回线瞬变电磁法在煤矿富水区探测中的应用研究

摘要

煤炭作为中国的主体能源和重要的工业原料，占能源消费总量的比例一直很高，对其需求量的居高不下带来的是煤炭资源的持续开采。随着煤矿向深层开采，地质条件愈加复杂，水害对安全生产的威胁也愈加严重。为了避免水害事故的发生，必须提前探测地层含水性，准确划分富水区域，及时采取措施消除隐患。
　　瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods)属于时间域电磁法，是通过分析研究二次场的时间和空间分布，来解决有关地质问题。大定源回线是瞬变电磁法的常用工作装置之一，具有随机干扰小、发射磁矩大、分辨率高、勘探的深度大、施工效率高等优点。现在广泛的应用于矿产资源勘探、环境地质调查、水文地质与工程地质调查等领域，已成为煤矿水害探测最为有效的方法之一，这也为矿井安全生产提供了有力的保证。
　　本文旨在通过理论研究与野外实践的结合，对大定源回线瞬变电磁法在煤矿富水区探测中的应用做出了分析研究。首先，阐述了本文的选题依据和瞬变电磁法的研究现状，简单概括了本文的主要研究内容。其次，介绍了瞬变电磁法的原理及常用工作装置，并从麦克斯韦方程组出发推导了均匀半空间和各向同性水平层状地层的瞬变电磁场。而后通过汉克尔变换和G-S逆拉普拉斯变换将频率域电磁场转化为时间域电磁场，选取简单地电模型用MATLAB编程实现正演模拟，分析了不同激励条件和地电条件下瞬变电磁场的响应规律。再次本文介绍了几种瞬变电磁法的野外工作技术，做出了分析。最后，结合实例给出了瞬变电磁法的应用效果，介绍了整个野外施工过程以及资料处理解释流程，并结合钻孔资料准确划分了第四系、新近系和侏罗系地层富水区域，证明了其在富水区探测中具有良好效果；同时也指出了瞬变电磁法存在的问题：其浅层数据缺失，应结合其他物探方法综合探测；在复杂地电条件下资料解释有待提高。通过本文的研究与应用，希望对以后实际生产中的野外勘探有一定的指导意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

2 瞬变电磁法简介

2.1 时间域电磁场基本理论

2.2 瞬变电磁法的基本原理

2.3 瞬变电磁法的工作装置

2.4 瞬变电磁法的优点及局限

2.5 本章小结

3 大定源回线瞬变电磁法一维正演

3.1 大定源回线瞬变电磁一维正演理论基础

3.2 大定源回线地下介质瞬变电磁响应

3.3 大定源回线早、晚期视电阻率

3.4 大定源回线装置一维电磁响应特性分析

3.5 本章小结

4 瞬变电磁法工作方法研究

4.1 瞬变电磁法工作参数的选择

4.2 图像滤波

4.3 数据质量判定

4.4 本章小结

5 大定源回线瞬变电磁法探测煤矿富水区的应用

5.1 地质概况及地球物理特征

5.2 野外施工方法及数据采集

5.3 数据处理

5.4 资料解释

5.5 本章小结

结论和建议

参考文献

致谢

攻读学位期间科学研究成果及奖励