[发明专利]瞬变电磁法地孔探测方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，涉及一种地面布置对目标地层全包围的大发射回线，供电产生一次电磁场，井下顺层钻孔中直接接收孔周围三分量的二次场，探测隐伏致灾体的瞬变电磁地孔探测方法和装置。

背景技术

在地球物理勘探技术领域，通常需要一种可靠的探测方法，以满足相关行业安全生产的需要。瞬变电磁地孔探测方法即是一种新的应用于探测隐伏致灾体的预测预报方法，其能够精确探测地下巷道掘进前方周边，以及回采工作面内和顶底板中一定距离范围内灾害地质体。

瞬变电磁法属感应类方法，其利用不接地回线或接地线源，在供电期间向地下发射一次电磁场(习惯上简称“一次场”)，一次场关断后，根据法拉第电磁感应定律，大地或探测目标体在一次场的作用下，其内部会产生感应电流，又称涡流。这种涡流有空间和时间特性，其大小与诸多因素有关，如目标体的空间特征和电性特征、激发场的特征等，而且因为热损耗的缘故会逐渐减弱直至消失。因涡流具有随时间变化的特征，在产生涡流的目标体周围产生新的磁场，称为二次磁场(习惯上简称“二次场”)。目前的瞬变电磁法勘探过程中，常利用器观测垂直分量二次场的强弱、空间分布特性和时间特性，一次布置，只采集单一分量的数据，方位单一，分辨率相对偏低。

瞬变电磁法以对低阻体反应灵敏，而被广泛应用于寻找水资源、低阻矿体和矿井隐伏含/导水区域或通道的探测中。然而，在工作过程中，当遇到周边有大的良导电体、地面或空间存在工业电磁信号和周期电信号干扰时，对观测的数据产生严重影响；另外，地层表面存在低阻层或低阻矿化带时，深部良导电地质体被激发的二次场信号较弱，易被浅部低阻层强信号“屏蔽”。以上影响因素的存在，严重影响瞬变电磁的探测能力，若能够避开干扰，解决“屏蔽”等不利因素的影响，对矿井深部采场所面临的具有引起灾害性突发事件的隐伏致灾体的探测，具有非常重大的意义。

在解决上述问题的过程中，逐渐形成了较多的近目标体的探测方法，有地震反射波法、瑞雷波法、地质雷达法、矿井瞬变电磁法、矿井直流电阻率法、红外测温法和申请号为200810044794.6的专利所记载的预报隧道施工掌子面前方涌水位置的方法，这些方法各有优点，但缺点是显而易见的，简述如下：

地震反射波法在实际工作中，接收的信号较复杂，断层界面的负视速度反射波难以准确提取，导致解释结果存在较严重的多解性，而且地震反射波对地下水的反应不敏感，不能准确预报前方强含水地质异常体，尤其是对点状导水通道更是无能为力。

瑞雷波法同样对含水体不敏感，不能准确预测掘进前方的含水体，且超前距离一般只有50m，特别在松软煤层中超前距离较短。

地质雷达探测方法探测距离较短，大约在20m～30m以内，同时雷达记录易受附近机器干扰。

矿井瞬变电磁探测方法原理同地面瞬变电磁法，该方法的缺点是不能探测掘进头附近约20m范围内的地质体；巷道内金属体、局部电性不均匀体被激发后产生的涡流场，对采集的数据影响较大，出现难以排除的假异常；对目标异常体在空间上的定位存在不确定性。

矿井直流电阻率法接收电极布置在掘进迎头后方，受施工环境(铁轨、金属支架、锚网、电器设备、局部水坑或潮湿地段等)和巷道空间影响较大，接收的数据不稳定，假异常偏多；单次探测距离有限，一般认为80～100m。

红外测温方法探测距离较短，一般小于30m，且目前仍局限于定性预报异常体的含水性，对含水量亦不能进行定量或半定量预报。

申请号为200810044794.6的发明专利说明了一种预报隧道施工掌子面前方涌水位置的方法。不能定量预测地下水体相对于掌子面的距离。其工作方式是在施工掌子面后面的隧道周边，随隧道施工掌子面的前移，按一定间距逐点跟踪测试隧道周边岩体的温度。其温度测试在5～12m深的岩孔中进行，因此需要在隧道后方等间距实施一定数量的钻孔，具有相对较大的工作量。

为避开各种干扰源的影响，增加单次探测距离，提高对隐伏致灾体的探测能力，确保安全生产，迫切需要一种单次预报距离更长，精度更高的探测方法。

发明内容

本发明提出了一种在地面布置不接地回线，对目标区域实现全包围，供电产生一次电磁场，井下顺层钻孔中直接接收孔周围三个方向(三分量)二次场的瞬变电磁法地孔探测方法与装置。