瞬变电磁法在敏东二矿水文地质勘察中的应用研究
开题报告
目 录
一、选题背景
二、研究目的和意义
三、本文研究涉及的主要理论
四、本文研究的主要内容及研究框架
（一）本文研究的主要内容
（二）本文研究框架
五、写作提纲
六、本文研究进展
七、目前已经阅读的文献
一、选题背景
瞬变电磁法（TEM）是近年来发展起来的时间域电磁勘探方法，目前几乎应用到了地球物理勘探的各个领域：矿产勘查、地下水与地热勘察、工程勘察、环境评价、地质灾害调查及考古等，是应用最广的地球物理方法之一。它利用不接地回线（磁源）或接地回线（电偶源）向地下发送一次脉冲磁场（即一次场），在其激发下，地下地质体中产生感应涡流，涡流大小取决于该地质体的导电能力，导电能力强则感应涡流强。一次场消失后，涡流不会立即消失，它将有一个衰减过程，该过程将产生随时间变化的感应电磁场（即二次场）。二次场中包含有丰富的地电信息，在接收机中按不同的延迟时间测量二次感应电动势，得到二次场随时间衰减的特性。通过对这些响应信息的提取和分析，达到探测地下地质体的目的[3-4]。TEM 是在没有一次背景场情况下观测二次场，相对于 FEM（频率域电磁法）有以下的优点：(1)断电后观测纯二次场，减少旁侧效应影响，增强电性分辨能力；(2)可用大功率增强二次场信号，提高信噪比，以增加勘探深度；(3)穿透和分辨低阻覆盖层能力强，无高阻屏蔽现象；(4)采用人工场源，受随机干扰影响小；(5)测量感应磁场，受静态位移影响小；(6)通过多次脉冲激发，重复叠加观测，可提高信噪比和观测精度；(7)通过选择不同的时窗进行观测，可以获得不同勘探深度的数据，使剖面与测深工作一体化。瞬变电磁法所采用的装置形式主要有：(1)中心回线和重叠回线装置，这种装置发射回线与接收回线的中心点在空间上重合，最大特点是体积效应小，分层能力强；(2)分离回线装置，发射回线与接收回线分开一段距离并同时移动；(3)大定源回线装置，发射回线采用边长达数百米的矩形线框，接收回线采用小线框，测线可以布置在回线中部，也可穿过发射线框；(4)偶极装置，与上述装置的区别就是发射回线边长较小，比如是 10m*10m 的多匝线框，接收回线与发射回线分离一定距离，此种装置主要用于浅层地层探查。
二、研究目的和意义
我国目前正处在转型期，由一个粗放式劳动密集型的、对能源过度依赖的工业大国转变为一个科技水平高、各种资源利用比例合理的集约型科技强国。但在未来很长一段时间里，现有的能源利用比例不会有大的改变。我国很多煤炭资源都处在复杂的水文地质条件下，就目前已探明的煤炭储量而言，受地下水威胁的煤炭储量约占总储量的 27%。据已有资料显示 2006-2011年我国煤矿发生水害事故总计 128 起，1101 人死亡，造成巨大的经济损失[1]。近年来大量的研究与实践应用于煤矿水害问题，使煤矿的安全得到了较大改善[2]。但很多人依然存在麻痹大意的意识，对水害的认识不足，尤其是在一些新开发的水文地质条件复杂的区域，水文地质条件尚未完全查清就投入生产，突水量过大造成停工甚至淹井的情况时有发生。为保证煤矿在基建和生产时期的安全，建井前进行水文地质勘查势在必行。查明矿区复杂的水文地质情况，为后续的矿井建设及水害治理提供依据，保证矿井安全己成为大水矿区亟待解决的问题。目前，水文地质勘查工作一般采用钻探和抽水试验相结合的方法，先在勘查区施工钻孔，然后进行抽水试验。这样施工的钻孔盲目性大，数量多，成本高，施工周期长，且含水层的查明情况与钻孔数量有直接关系。近年来在找水、探水方面，瞬变电磁法以其效率高、对低阻体敏感等优势，取得了不错的效果。本次研究区域敏东二矿为新开矿区，结合以往地质资料，本区是裂隙充水矿床。水文地质条件复杂，属于直接充水或煤层与含水层之间的隔水层不稳定矿床，含水层厚度大，水头压力较高。充分利用瞬变电磁法的优势，指导钻孔的布置，构建三维水体模型，后期与抽水试验的结果相互验证，准确的查明勘探区内断层导水性，各含水层富水性及之间的水力联系，为下一步的建井工作提供有力的技术保障。
三、本文研究涉及的主要理论
瞬变电磁法上世纪 30 年代由前苏联科学家提出[5]，当时采用的是远区工作模式。60 年代开始多国研究人员对水平层状介质时域响应做了大量的研究工作，瞬变电磁方法在理论上取得了很大的发展[6-9]。前苏联在上世纪 50-60 年代完成了瞬变电磁法的一维正、反演，建立了解释理论和野外工作方法，瞬变电磁法开始进入实用阶段。70-80 年代在二、三维正演方面做了大量工作[10-17]，并发表了大量论文，有了关于三维电磁响应算法的报道[19-20]。纳比吉安（Nabighian,1979）所建立的“烟圈”理论为电磁场传播方面理论奠定了基础[18]。80 年代末研究了 TEM 的激电效应特征及影响，解释了瞬变电磁法晚期电磁响应的变号现象，研发了许多电磁场数值模拟方法和技术[21-29]。关于 TEM 的英文文献大多是在 80 年发表表的，其中理论研究方面的代表性著作有 A．A．Kaufman 和 G．V．Keller 合著的《频率域和时间域电磁测深》，M．N．Nabighian 主编的《应用地球物理学中的电磁法》等。上世纪 90 年代关于 TEM 理论和应用的文章较多[30-31]，大部分停留在理论研究阶段，野外实际测试效果不理想。本世纪各国学者在瞬变电磁理论研究方面作了大量工作[32]，举办了许多相关的会议研究讨论 TEM 方法的应用和改进，TEM技术有了很大的发展。在稀有金属[33]、地下含水层的探测[34]以及污染探测等方面已经有许多成功的案例。我国在 20 世纪 70 年代脉冲式瞬变电磁仪开始用于野外试验研究[35]。20 世纪80 年代中期以后，瞬变电磁技术在我国得到迅速推广，在金属矿勘探中获得了较好的应用效果。代表作有朴化荣《电磁测深法原理》，牛之链《脉冲瞬变电磁法原理》，方文藻《瞬变电磁测深法原理》，蒋邦远的《实用近区磁源瞬变电磁法勘探》，李貅编著的《瞬变电磁测深的理论与应用》等。近年来，在理论研究和实际应用方面都有较大突破，李貅等[36]提出了瞬变电磁合成孔径成像方法，薛国强等[37]的短偏移深部探测技术取得了良好的效果，同时在隧道[38-39]、矿井超前探测，采空区探测[40-41]，金属矿产探查[42-43]等方面都取得了良好的应用效果。
我国的水文物探工作从上世纪 50 年代初开始，至今已有 60 余年，在此期间,物探找水工作有了很大发展，取得了一定的成就[44]。我国的水文物探主要经历了 4个发展阶段[45]：上世纪 50-60 年代，是水文物探的成长阶段，主要使用的方法有电阻率法、渗透电场法、井中充电法、井中扩散法等；上世纪 70 年代，水文物探大规模实施阶段，利用了一些新方法，如激发极化法、音频大地电场法等，物探技术上了一个新台阶；上世纪 80 年代，水文物探技术大发展阶段，从平原找水发展到山区基岩裂隙、岩溶找水，地震折射法、甚低频法、二次时差法、频率域激发极化法、核物探方法、井中的流速测定仪等许多方法进入水文物探领域；上世纪 90 年代，水文物探稳定发展阶段，我国技术处于国际领先水平[46]。瞬变电磁法在上世纪 90 年代初期开始应用于工程勘察[47]。近几年利用瞬变电磁法效率高、成本低，对低电阻地质体反应灵敏，纵向分辨率高等优势，其作为一种重要的方法得到了越来越广泛的关注和应用，在地下水勘查、煤田水害问题勘探以及隧道水体、岩溶水体等的勘查以及水文地质调查等领域都有了很多的研究和应用实例[48-52]。
四、本文研究的主要内容及研究框架
（一）本文研究的主要内容
在分析国内外有关瞬变电磁探查水文地质条件论文和本地区相关地质资料的基础上，着重研究以下几个方面：
(1)利用瞬变电磁法探查该区域 16-3 上煤层上覆各主要含水层的富水区范围，及断距≥5m 断层的导水性。
(2)利用瞬变电磁法对群孔抽水试验前后分别进行探测，对探测结果进行Time-lapse 处理，以期得到该区域地下水富水性及水力联系。
(3)综合对比分析探测数据与抽水试验结果，更加全面的解释该区域的水文地质条件。
（二）本文研究框架
本文研究框架可简单表示为：（略）
五、写作提纲
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 以往工作情况和存在的问题
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
1.3.3 创新点
第2章 瞬变电磁技术理论基础
2.1 方法概述
2.2 瞬变电磁法研究现状
2.2.1 瞬变电磁技术研究概况
2.2.2 瞬变电磁法在水文物探中的研究现状
2.3 瞬变电磁法的响应特征
2.3.1 瞬变电磁的信号特点
2.3.2 均匀半空间的瞬变电磁场
2.3.3 视电阻率计算
第3章 勘探区地质与地球物理特征
3.1 地质特征分析
3.1.1 地层
3.1.2 伊敏组煤层
3.1.3 勘探区地质构造
3.2 水文地质特征分析
3.2.1 含水层
3.2.2 隔水层
3.3 地球物理特征分析
第4章 数据采集与资料处理
4.1 试验工作与技术参数选择
4.2 测网布置及工作量
4.3 技术保障措施与质量评述
4.4 资料处理
第5章 成果资料分析与评价
5.1 主要目的层富水性分析
5.1.1 第四系底富水性分析
5.1.2 15-1 上煤顶富水性分析
5.1.3 16-1 煤顶富水性分析
5.2 断层富水性分析
5.3 群孔抽水与瞬变电磁联合分析
5.4 方差属性分析
5.5 综合对比分析
第6章 结论与建议
参考文献
致谢
六、本文研究进展(略)
七、目前已经阅读的主要文献
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