可控源音频大地电磁法在金属采空区探测中的应用

摘要：从多个角度综合考虑以后，我们发现可控源音频大地电磁法能够完全适用于对金属采空区的探测中，它的工作原理决定了他的工作性质，而他的工作性质也决定了它的适用环境。

关键词：可控源音频大地电磁法；采空区；电阻率

自从人类有了文明以来，人类就在地球上不断探测挖掘自己想要的资源。以前文明开化程度低，所以所需要的资源不多，而且量不大，使得地层还是保持一个比较完整的状态；但当人类文明不断朝前发展的时候，人类向自然攫取资源的手段变得原来越丰富。所需要的资源种类变得越来越多、开采的量也越来越多，对于地球表面造成的伤害也就越来越大，例如采空区。采空区是指在对地底的矿业进行开采后留下的空余空间。采空区由于土地下方没有土壤或者岩石对其进行支持，在遭受暴雨台风这类恶劣天气影响的时候、或是在其上方进行施工建设的时候，容易造成塌方，对社会造成不良影响，同时也威胁着居民们的身心健康与财产安全。如何探测采空区，获得完整的地下图册，就显得很重要，本文旨在说明如何用可控源音频大地电磁法对地下的金属采空区进行测量。

一、工作原理

可控源音频大地电磁法从本质上来说，是一种电磁波，他的原理是人为的建造一个场源，对于地下的采空区做频率监测，用来测量不同位置，采空区的深度，总而绘制出一张采空区大小的图纸。

由于天然的场源往往信号较弱，可控源音频大地电磁法采用新的方式，运用人为的场源，刺激地下岩石。由于当电流经过不同介质的时候，在电位上会有不同的差别。不同供电频率会形成场电差；而不同的场在不同的物质中蔓延的深度也有所不同，它的深度与场的频率之间存在一定量的关系。我们都知道岩石的种类有很多种，不同种类的岩石由于组成物质额不同，在拥有不同特性的时候，它的导电效果是不同的，当电流经过的时候，电位和磁场都会有所偏差，这就使得我们可以通过这些偏差，构建出一幅大概图纸。可控源音频大地电磁法，正是采用这种原理，以电位与磁场这两者的数据为基础，建立数学模型，根据差异的的变化来达到探测的目的

由于是人为制造的场源，在使用起来的时候，比自然场源更容易控制，而且信号也强的多。在对地下采空区进行测量的时候，用电偶极把电流传输到地下，人为形成一个电磁场，由于需要形成磁场，所以在埋入电极电源的时候，需要注意二者之间的位置，中间间隔大概需要1-2Km。电磁场所影响范围的5-10Km处，才是可以测量的范围，在这种情况下，整个中心场源就大概可以看成一个平面，所有的探测效果都是在这个品面上取得的。

二、在金属采空区中的应用

社会的发展需要大量的自然资源作为基础，矿产资源首当其冲。在发展过程中，伴随着地下矿产资源的不断开采，大大小小的采空区遍布地下各处，他们深浅不一，形状大小也不完全相同。这些采空区对矿产的开采极为不利，甚至到了构成威胁的地步了，由于地下暗流众多，采空区如果不及时填埋好，放任其自生自灭，就会造成充水现象，对矿井中的施工人员的生命安全是最严重的威胁。即使没有充水，未填塞的采空区在收到重量压迫的时候会造成塌方，威胁地表人员的安全。所以，调查清楚采空区的具体位置和大小形状就变得十分重要了。尽管目前对于埋藏较浅的采空区有很多种探测形式，但是这些方法对于200 m以下的采空区就束手无策了，特别是金属采空区，这时候，就需要用到可控源音频大地电磁法了

在进行构建模型的时候，需要把地面当成一个水平的平面，而人为产生的电磁场是平行于地面的，利用正交分解的方法，把不同电磁场之间所得到的量分为Ex、Hy、Hx、Ey四个单位数据。相互正交的电场和磁场会测得不同的数据，而这些具有差异的数据就能够确定作为介质的电阻率的值，而可控源音频大地电磁法所能够到达的深度与电阻率与频率有关，电阻率的越大，频率就越低，我们可以勘测的方位越大，深度越深，所得到的数据就越多。

在利用利用公式推导出电阻以后，在计算出相位值。在利用分测线对于地形二维圆滑进行反向推演，最后就能得出整个剖面的成果图。多张图纸拼接在一起，就可以描绘出一幅地下的3D效果图。

在测量过程中，往往会出现一些异常情况，使得得到的数据会出现偏差，当这些都是正常情况。出现异常特征的原因是由于地质构造往往具有复杂性，而我们测量时候受限于资金技术，只选择最重要的几个方向进行总体的探查，由于图纸不连续，整个模型大多根据所学知识、地质工作者自身经验与所得到的现场数据，综合判断后来构建的，所以有一些异常是很正常的，并不是方法或者仪器出现问题而导致的。这些异常有时候往往是一些关键点，例如采空区出现充水现象，又找不到渗水点，这些异常有可能就是注水电。由于岩层出现破碎，在不同岩石间出现缝隙，地下暗流中的水通过这些狭小的缝隙，在地底下流动，遇到采空区，这些流动的水流便聚在一起，使得采空区出现充水现象。

在对山体进行大体上测量时如果发现异常情况，需要地质工作者缩小构图比例，对出现异常情况的部位进行详细的检查，进行详细检查时，可以用中梯装置进行覆盖，比较建议在测量时只对一条线路进行供电，而其他的线路用于接受所得到的信号。才用这种方法可以在最短的时间内找出那些出现异常情况的地方，确认他们周边的状况，并做出合理的解释与推断，最终确定整个地下工程的具体情况。在详细测量的时候，还是使用电偶极，根据不同位置所接受的效果，描绘出地下断层，也就是采空区，的深浅，大小，形状。

另外在测量之前，一定要进行实地勘测，了解需要勘测地方周围的地形地貌、山脉大体的走向、地球自身的运动的速度、周围村落情况、自然环境以及交通运输等情况。选择测量线路的时候也要多覆盖一些具有代表性的地势走向，做好大量的前期准备工作，对于整个测量期间地球物理的特征有相当的了解。

三、结语

可控源音频大地电磁法并不是一门老技术，当时由于之前的环境、资金、人员和技术受到限制，一直被地质工作者所忽略。但是这两年随着经济的发展，知识的碰撞带来了技术的革新，一些以前被抛弃的技术得到发展，一些技术上的难关被攻破，于是这些自身具有先天优势的技术就重新出现子大家面前。可控源音频大地电磁法就是在这种情况下回归的，而且回归后就饱受好评。可控源音频大地电磁法比起平常的电度测量法，它受地形的影响小，工作效率高，检测范围大，辨识度高穿透金属隔层的能力强，在对金属采空区的勘测中，往往会有奇效。现在，越来越多的地质工作者选择了可控源音频大地电磁法作为深层勘测的手法，用来解决使用普通电阻法与激发激化法时遇到的问题。从这两年的反应情况中可以看出，可控源音频大地电磁法还是拥有很好的发展前景的。

参考文献：

[1]李金铭：地电场与电法勘测

[2]何继善：可控源音频大地电磁法测深

[3]张建奎：可控源音频大地电磁法测深找铅锌矿的应用

[4]黄力军、张威、刘瑞徳：可控源音频大地电磁测深法寻找潜伏金属矿的运用

[5]张国鸿、李仁和：可控源音频大地电磁法深部找矿实验效果

简介：贺海扬，1984年生，2003年毕业于成都理工大学，2003至今就职于核工业航测遥感中心，主要从事地质及地球物理勘探工作。

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