和布克赛尔蒙古自治县沙吉海煤矿生产规模小、回采率低，资源浪费严重，县矿管局在加强管理的同时，着重考虑煤炭资源的合理开发，由于对矿区十三号井田地下资源开采现状、地质灾害发育等情况不是十分明了，急需用瞬变电磁法这种物探手段，圈定老窑区开采情况及其赋水性，为矿井的安全开采提供保证。

PERTEM57瞬变电磁仪最大勘探深度500 m，具有三分量同时观测、关断时间短信息量大、分辨率和信噪比高、观测装置灵活等特点，在以往地质异常体探测中取得了良好成果。通过观测完整的二次场信息后，对二次场数据进行归一化处理和极性校正，剔除畸变数据后，将二次场电位值换算成对应的视电阻率值，再运用时深转换模块计算出视电阻率对应的深度值。同时结合深度校正系数，反演、绘制视电阻率断面图和平面切片图，最后根据已有地质资料对异常作出推断和解释。

瞬变电磁法也称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法，即电磁感应定律^[1]。

多数仪器使用回线场源阶跃脉冲激发的瞬变电磁场进行测量，在导电率为σ、导磁率为μ₀的均匀各向同性大地表面敷设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以 的阶跃脉冲电流。在电流断开前，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。

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，使空间的磁场不会立即消失^[2]。由于介质的欧姆损耗，这一感应电流将迅速衰减，由它产生的磁场也随之迅速衰减，这种迅速衰减的磁场又在其周围的地下介质中感应出新的强度更弱的涡流。这一过程继续下去，直至大地的欧姆损耗将磁场能量消耗完毕为止。这便是大地中的瞬变电磁过程，伴随这一过程存在的电磁场便是大地的瞬变电磁场。

在发射电流刚关断时，该环状线电流挨近发射回线，与发射回线具有相同的形状。随着时间的推移，该电流环向下、向外扩散，形成“烟圈效应”。“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：

式中a为发射线圈半径， ，π₀为空气中的导磁率，σ为地层的电导率。

当发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小时，可得 θ=47°，故“烟圈”将47°倾斜锥面扩散，其向下传播速度为：

衰减过程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。同时，依据瞬变电磁法对低阻反应灵敏特征，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。

数据采集使用GEONICS公司的PROTEM57-MKⅡ发射机、发射线采用8 cm²RV电缆，电阻2.31 Ω/km，PROTEM接收机，3D-1接收探头，并根据采空区埋藏深度及主采煤层最大埋藏深度，选择发射线圈（Tx）的大小400×400 m；为有效压制干扰，选取发射电流13-15A；从试验点的不同发射频率的视电阻率断面图来看，选择8.33 Hz发射频率的视电阻率等值线断面图符合地层赋存特征，地电规律明显，深度适合；增益用G×4可保证早期道数据不溢出、尽量放大晚期数据；采集时间采用30 S可以保证数据的采集质量。

岩石的含水性是影响其电阻率的主要因素，不同岩层的电阻率随着富水多少而呈现高低变化。矿区地层产状局部较陡，所含矿物种类和数量较小，对于同一层序的岩石电阻率是相对均匀的；净采空区及含水采空区的交互出现使其产生了明显的横向不均匀性，故横向电阻率的高低突变反映了采空区的富水情况。覆盖层、煤系地层及下伏岩层沉积序列相对稳定，纵向上地层视电阻率也具有一定的规律性；纵向上当有富水的断层、裂隙和采空区存在时，视电阻率呈现良导电体的特征，具有高低阻递变规律；煤层燃烧后形成的火烧区透水能力强，形成区别于周边岩性的高阻体。在定性分析电性资料时要把握地层的导、含水性，充分结合多种电性参数、区域电性特征和水文地质情况来具体分析。

本次瞬变电磁测深采用大定源回线装置施工，勘探的基本网格为40×20 m，共完成测线73条。在已有水文与地质资料基础上，配合本次物探解释成果，得到各煤层异常区空间展布情况。其中B7煤层共计有12处异常区，高阻异常推测为净空采空区；低阻异常为采空区塌陷内部填充物造成；B7煤层视电阻率值相对于西山窑组底部含水层电阻率值较高，因此判定B7煤层低阻异常区富水性均较差。B10煤层异常区23处，高阻火烧区下部含水层影响引起的低阻异常区富水性较差；高阻净空采空区下部低阻异常为上部地层孔隙水受重力影响顺扰动裂隙渗入下部地层形成；本区地下水较为匮乏、补给条件差，因此低阻异常区富水性较差。B8煤层位于B7和B10煤中间，解释异常区14处，大部分为净采空区，部分火烧区底部富水性良好，全区大部分可采。B5煤层位于B7煤下部约14 m左右，异常区9处，火烧区底部无富水低阻区；由采空区引起的异常判定为无富水填充的净采空区；因此该煤层全区可采。追加圈定了B5煤下部30 m层位异常区，目的是为了查明B5主采煤层底板岩层的稳定性，揭示该岩性整体比较稳定，可以对下部地层的含水层起到一定的隔离作用。断层F7、F8附近有4处零星分布的异常区，该断层落差小于15 m，破碎程度较小，断层附近无稳定的含水层；因此断层F7和F8对采区影响较小。

（1）大定源瞬变电磁法受发射电流关断时间的影响，地表浅层的地质信息会被屏蔽掉，在以后的研究中需要加以改进和完善^[5]。

（2）大定源瞬变电磁法勘探，受地形起伏、浅层低阻覆盖层的影响^[6]。搞清楚地下电磁场的分布规律，明白地形起伏、地下不均匀体对电磁场的影响特征，可以提高反演精度，更好的预测地下目标。

（3）瞬变电磁勘探的分析解释是以电性特征变化为依据，不可避免存在电性变化与地质成果的多解性；建议应合理布设钻孔、增加多种物探手段，有利于对煤层分布和异常区情况进行综合定性解释。