幅（1:2000）、矿井水文地质补充勘探报告书1份。
第六章 CUGTEM-8瞬变电磁法
本次物探勘察范围由业主方圈定，范围为矿界范围。勘察目的是在详细收集矿区已有地质资料的基础上，开展物探工作，为矿山生产提供参考依据：
1）探测勘察范围内采空区的垂向及平面分布情况；
2）进一步了解矿区布设的测线范围内隐伏的不明岩溶构造，如隐伏断裂、地下暗河、岩溶空洞或溶蚀破碎带；
3）大致查明矿区含水层、隔水层的分布及厚度变化特征； 4）了解含水断裂构造的分布特征。
针对上述探测目的，本阶段采用世界上先进的CUGTEM-8瞬变电磁法进行探测，外业工作于2013年6月5日进场，2013年6月15结束，共完成了矿区范围内4条控制性物探测线的测试工作，物探工作布置详见《富民煤矿工程平面布置图》，完成外业工作量见表6-1：
表6-1 主要完成外业工作量表
工 作 项 目 实测地形断面图 TEM测量 单 位 m/条 点 工 作 量 2200/4 110 工作中严格按照《煤田电法勘测规范》（MT/T898－2000）以及相关技术与质量要求进行。本次勘察所用的地形图、设计图及测量使用的控制点资料均由庆荣煤矿提供。
第一节 工作方法及特点
瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）或称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM，它是利
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用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。其基本工作方法是：于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小; 而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
除了具有穿透高阻层能力强及人工源方法随机干扰影响小等优点外，TEM法还具有：（1）断电后观测纯二次场，可以进行近区观测，减少旁侧影响，增强电性分辨能力; （2）可用加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比，从而增加勘探深度; （3）通过多次脉冲激发，场的重复测量叠加和空间域拟地震的多次覆盖技术应用，提高信噪比; （4）可通过选择不同的时间窗口进行观测，有效地压制地质噪声，可获得不同勘探深度等一系列优点。因而，瞬变电磁法的应用是较为广泛的。 6.1.1基本原理
在导电率为σ、导磁率为?0的均匀各向同性大地表面铺设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流I(t)，
?It?0??t????0t?0 （6-1） 其中：
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图6-1 瞬变电磁法工作原理示意图
在电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场（如图6-1所示）。在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止（见图6-2）。
发射回线T 均匀半空间\烟圈\ 电导率σ=0.1S/m图6-2 瞬变电磁法感应电磁场转换原理示意图
由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多，当一次电流断开时，一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围地表各点，因此，最初激发的感应电流局限于地表。地表各处感应电流的分布也是不均匀的，在紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间的推移，地下的感应电流便逐渐向下、向外扩散，其强度逐渐减弱，分布趋于均匀。研究结果表明，任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线具有相同的形状。随着时间推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。等效电流环象从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，人们将地下涡旋电流向下、向外扩
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散的过程形象地称为“烟圈效应”（如图6-3所示）。
“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：
2r?8c?t/???a20?? （6-2）
d?4t/???0 （6-3）
-ZTxt>0t=t1t=t2Xt=t3Z
图6-3 瞬变电磁场的烟圈效应
式中a为发射线圈半径。发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小时， “烟圈”将沿倾斜锥面扩散，其向下传播的速度为：
v??d2??t???0t （6-4）
从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电性的垂向变化。
瞬变电磁测深法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场，该磁场垂直发射线圈向两个方向传播，通常是在地面布设发射线圈，依据半空间的传播原理，把地面以上的忽略。当磁场沿地表向深部传播，当遇到不同介质时，产生涡流场或遵照量子力学原理使活泼的碱金属产生能级跃迁或使含有大量氢原子的液体的氢原子核沿磁场方向产生定向排列。当外加的瞬变磁场撤销后，这些涡流场的释放或者
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活泼的碱金属要恢复原有的能级，释放跃迁产生能量。以及含有大量氢原子的液体的氢原子核恢复原有的排列时，均以磁场的形式释放所获的能量。利用接收线圈测量接收到的感应电动势V2。该电动势包含了地下介质电性特征,通过种种解释手段(一维反演,视电阻率等)得出地下岩层的结构。
瞬变电磁法对在高阻区域中寻找低阻异常体十分有效，结合当地的地质条件分析测区内煤层顶板上方含水体的性质、富水性的大小、空间形态以及分布范围，为防治水工作提供准确可靠的依据。 6.1.2仪器设备
CUGTEM-8型瞬变电磁仪的特点 1) 轻便瞬变电磁仪发射系统； 2) 采用大电流小线圈工作方式； 3) 工控机作主控机和Windows操作平台； 4) 低功耗、无噪声LED显示屏； 5) 保愚性与安全性好； 6) 采样率高； 7) 多重的抗干扰技术； 8) 先进的解释软件系统。
现场仪器拟使用武汉地大华睿地学技术有限公司生产CUGTEM-8型资源勘查型瞬变电磁仪。
CUGTEM-8瞬变电磁仪的主要性能指标见表6-2和6-3：
项 目 A/D转换器 动态范围 采样率 采集通道数 电压测量范围
表6-2 接收机性能指标表 参 数 16Bit 140dB 1μS、4μS、16μS 2 －200V～200V 30