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    • 論文
    主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

    “鉆孔瞬變電磁探測技術及應用”專題

    來源:煤田地質與勘探

    【編者按】隨著煤礦采深的日益增大和深部礦產資源需求的急劇增加,地面瞬變電磁探測的分辨率已很難滿足深地精細探測所需的精度,亟需發展距離地質目標體更近、干擾因素更少的電磁探測方法。近年來,地面、井下、隧道中的鉆孔成為了瞬變電磁法新的施工空間,通過鉆孔內外收發系統的不同組合,學者們已發展出了包括地–井、巷孔、單孔、跨孔在內的多種鉆孔瞬變電磁裝置,并針對性地開展了全空間理論、異常響應特征、三維正演、立體成像等方面的研究工作,取得了一系列有代表性的科研成果。為交流推廣相關領域的新技術、新理論、新裝備,邀請中煤科工西安研究院(集團)有限公司范濤研究員擔任專題客座主編,策劃出版“鉆孔瞬變電磁探測技術及應用”專題,選登 6 篇稿件,系統報道相關領域的最新研究成果,以期促進鉆孔瞬變電磁探測技術與裝備的發展與推廣,為煤礦安全高效生產、災害治理和深部礦產資源勘查發展提供技術支撐。

    行業視野

    煤層氣

    類別

    33個

    關鍵詞

    28位

    專家

    6篇

    論文

    352IP

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    • 作者(Author): 智慶全, 武軍杰, 王興春, 楊毅, 張杰, 鄧曉紅

      摘要:地?井瞬變電磁法響應規律復雜,現有解釋方法以定性分析和半定量解釋應用最為廣泛,不能 直接獲取大地電阻率參數。針對這一問題,提出一種基于瞬變沖激時刻的快速定量解釋方法。首先 給出均勻半空間地?井瞬變電磁響應的表達式,分析地?井瞬變電磁響應的沖激時刻特征。結果表明, 接收點深度越大、大地電導率越高,則瞬變沖激時刻越晚。結合已有的研究成果,推導沖激時刻與 大地電導率和深度的函數關系,依據反函數理論進行大地視電阻率定義。以獲取真實大地電阻率為 目標,研究基于地下電磁場擴散速度的改進大地電阻率恢復算法。采用所提出的算法,根據實際常 用工作方式,分別設計均勻半空間、二層模型和三層模型進行模擬計算。模型算例和實測數據試算 結果表明:基于沖激時刻的視電阻率定義方法能夠較好地反映大地電阻率的變化趨勢,但具有較強 的體積效應;基于電磁場擴散速度的改進算法能夠有效地削弱體積效應的影響,更加準確地恢復大 地電阻率值和反映電性界面。該算法無需進行復雜模型的迭代正演計算,具有較高的計算效率,能 夠定量恢復大地電阻率值,適用于地?井瞬變電磁法的快速初步定量解釋。但在實際資料解釋應用中, 還需考慮視電阻率的“overshoot”和“undershoot”現象,避免造成錯誤解釋。
    • 作者(Author): 郭建磊, 高小偉, 侯彥威

      摘要: 巷?孔瞬變電磁法在存在明顯電導率各向異性的勘探區會產生較大的解釋誤差?;跁r域有限 差分算法,通過引入電導率各向異性張量構建控制方程、將矩形回線源電流密度加入 Maxwell 方程 安培環路定理實現任意電流源的加載,以差分代替微分對控制方程進行離散,實現巷?孔瞬變電磁三 維模型正演計算。在與解析解對比驗證算法計算精度的基礎上,構建全空間模型、層狀模型和三維 塊狀模型進行正演并分析電導率各向異性對巷?孔瞬變電磁三分量響應的影響程度與方式。結果表明: 垂直軸電導率對巷?孔瞬變電磁三分量響應基本沒有影響,水平軸電導率對巷?孔瞬變電磁三分量響 應影響較大,其中,?Bx /?t 響應主要受 y 軸電導率影響,?By /?t 響應主要受 x 軸電導率影響;通過三 分量響應的形態和幅值的相互關系可以辨別各向異性介質所在方位及主軸電導率方向;當異常體所 處全空間介質為電導率各向異性時,異常體產生的異常響應會被全空間介質電導率各向異性產生的 異常響應所淹沒。電導率軸向各向異性特征在巷?孔瞬變電磁法解釋過程中不可忽略,研究成果為 巷?孔瞬變電磁法各向異性解釋提供指導,也為各向異性反演提供參考。
    • 作者(Author): 范濤, 李萍, 張幼振, 趙睿, 房哲, 樊依林, 劉磊, 王程, 李宇騰

      摘要:為了提高煤礦井下鉆孔瞬變電磁反演成像結果中的異常響應邊界識別和解譯能力,完成掘進 工作面前方隱伏水害精準刻畫、隱蔽致災因素精細分析等地球物理解釋,提出應用無監督機器學習 中的聚類方法分析鉆孔瞬變電磁處理成果。根據電阻率數值分布特征和 2 種聚類方法的特點,選擇 K-Means 聚類算法對電阻率成像結果進行聚合分類;在聚類計算過程中,應用最遠距離原則確定類 簇的初始質心,選用歐氏距離作為距離計算方法,采用基于組內平方誤差和的肘部法則確定聚類數 目。針對掘進工作面前方的隱伏水害,分別采用三維數值模擬和井下現場應用實例進行了實用性和 有效性驗證。研究結果表明:該方法可自動識別最佳類簇數目,對電阻率實現準確聚類,聚類成像 結果能改善原始成像模型的光滑過渡問題,突出異常響應邊界,清晰顯示異常響應形狀和位置,有 效幫助對鉆孔瞬變電磁超前探測反演結果中的隱蔽致災水體進行識別和歸類。
    • 作者(Author): 武軍杰, 劉彬, 智慶全, 鄧曉紅, 王興春, 楊毅, 劉東明, 邱金柱

      摘要:深部礦產探測是一個難題,井中瞬變電磁方法(Transient Electromagnetic Method, TEM) 通過傳 感器沿鉆孔深入地下,更接近于深部目標體,從而提高見礦率和找礦效果。在國外井中瞬變電磁被 廣泛地應用于深部找礦勘查中,并取得了許多重要的找礦成果,而在國內受限于儀器、理論研究以 及解釋技術發展較慢等諸多原因,在實際深部找礦應用方面較少。以遼寧青城子白云金礦區 2 000 m 深部找礦作為典型案例,開展井中 TEM 和地面 TEM 的探測,嘗試將地面和井中 TEM 資料進行綜 合解釋,以期更合理地解釋鉆孔周圍的有利成礦部位。實測結果表明:井中 TEM 原始剖面曲線在 1 400~1 650 m 深度段出現典型負異常特征,顯示鉆孔外局部低阻異常體的存在;此外,井中 TEM 原始曲線晚期道中出現極化現象,是由于斷裂和破碎帶中富集的與金密切相關的黃鐵礦化引起;地 面 TEM 反演結果清楚顯示了測線下方典型分布情況,發現了隱伏斷裂深部延伸較大,成礦條件良好; 綜合分析解釋,TEM L52 線所推測的隱伏斷裂深部仍有良好的金富集條件;經鉆孔資料證實,地面 和井中 TEM 綜合解釋結果正確可靠。研究成果表明,井?地瞬變電磁法聯合探測在深部找礦中具有 較好應用前景。
    • 作者(Author): 王程, 安又新, 朱宏軍, 郭建磊

      摘要:鄂爾多斯盆地準格爾東部煤田石炭?二疊系 6 煤層為巨厚煤層,煤層底板面臨奧陶紀灰巖含水 層威脅尤為突出,由于采動效應的影響會形成底板采動破壞帶,可能會形成新的導水通道引起突水 災害。針對底板采動破壞帶測試問題,提出采用動源動接收的孔中瞬變電磁法,在采前和采后工作 面底板鉆孔中獲取巖層電阻率特征數據的方法。首先通過數值模擬對比孔中瞬變電磁法在完整和二 層巖層模型中呈現的電阻率差異性,驗證該方法對二層巖層模型具有較好分辨率;然后在準格爾煤 田酸刺溝煤礦 6119 巨厚煤層綜放工作面進行試驗,通過探查底板電性差異層得到底板破壞深度,經 過驗證結果準確可靠。研究表明:孔中瞬變電磁法探測技術與測試鉆孔相結合,通過對比采前與采 后結果獲取了較為準確底板破壞深度,對類似條件下的工作面破壞深度測試提供了一種新的方法。
    • 作者(Author): 孫懷鳳, 張瑩瑩, 趙友超, 劉玉超, 趙華亮

      摘要:與航空、地面瞬變電磁法不同,鉆孔瞬變電磁法將接收探頭置于鉆孔之中,由于距離探測目 標更近且遠離地表,不僅可以觀測到更強的響應信號,還可有效削弱孔外各類電磁信號的干擾,能 夠滿足大埋深、精細化探測需求,尤其是深部盲礦和水害探測。通過回顧各類鉆孔瞬變電磁法(回線 源地?井、電性源地?井和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法)的研究歷史,總結各類方法在正演模擬、反演成 像、儀器裝備和應用案例等方面的研究現狀。研究結果表明:回線源地?井瞬變電磁法研究基礎豐厚, 發展較為全面,已在生產中取得較多成功應用;而電性源地?井和隧(巷)道鉆孔瞬變電磁法研究基礎 薄弱,由于理論方法、探測裝備、反演技術等方面的限制,目前尚未得到廣泛推廣與應用,整體仍 處在初步研究階段,相關技術仍有待進一步提升。未來發展方向可以從以下幾個方面入手,如帶地 形三維反演、快速地形校正方法、偽隨機發射、多輻射源發射、套管干擾消除和多參數地球物理方 法聯合解釋等,形成完善的鉆孔瞬變電磁法理論和解譯方法,為深部礦體探測、煤礦和隧道含水構 造探測提供理論依據。

    主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司 中國煤炭學會學術期刊工作委員會

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