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基于Voxler的瞬變電磁勘探三維成圖方法
新聞作者:應用快訊編輯部  發布時間:2020-03-23  查看次數:  放大 縮小 默認
竇文武1、駱彬2
(1.山西晉煤集團技術研究院有限責任公司,山西省晉城市,048006
2.華虹智能科技股份有限公司,福建省福州市,350001)
0 引言
地球物理勘探作為獲知地球內部信息的一種高科技手段,在近幾十年內也取得了長足的發展。探測設備由初始的復雜、笨重轉向精巧、輕便發展,探測方法由單一探測向綜合探測轉變,成果解釋由二維向三維甚至更多維方向發展。目前,礦井富水性探測主要應用瞬變電磁勘探,特別是2000年以后,將瞬變電磁法由地面引用到井下,多年實踐證明應用效果良好。為了更好、更準的探測井下富水區域及含水量,今后的發展趨勢將是井下三維探水技術的發展。Golden公司Voxler軟件的出現進一步推動了地球物理勘探走向多維化、可視化、直觀化。
1 數據采集原則
原始數據好壞是整個工程成敗的關鍵,因此,針對不同場景,要充分考慮,做到質量控制、數據充足。
(1)現場環境
方案設計前,一定要提前了解現場,根據現場情況制定合理方案。掘進巷道的掌子面和回采工作面是有很大區別,即使是掘進巷道也是有很多形狀,如:有“一”字形、“T”字形、“L”字形、“Y”字形等。巷道中是否有不可移動的金屬體、積水等情況都要作為方案設計的參考。
(2)數據密度
為保證三維效果,數據密度要達到一定要求。特別是遠端數據,由于縱向間距增加,因此要通過加強角密度來彌補。如圖1所示,在巷道迎頭探測周圍煤巖層富水性時,遠端數據間距越來越大,通過控制角密度彌補探測方向精度。

注:探測射線指向方向為縱向,垂直于縱向的方向為橫向。
(3)數據質量

數據采集過程中,由于背景場的不確定性或者工作面的動態因素變化都會導致數據發生變化。為了保證數據的準確性,現場要控制好采集數據的質量,一般采取多次疊加或者重采。對有特殊變化的數據要單獨記錄,并再次確認現場可能引起變化的因素。最后要保證可靠數據在80%以上,主要通過現場曲線變化趨勢來判斷,采集時數據跳動峰值要保持較平穩狀態,如圖2所示。
2 數據坐標轉換
現場數據采集主要記錄每個時窗的采集時間、電壓、電流等值,通過數據預處理、時深轉換、深度校正處理之后,每個數據包含的信息變為點號、距離、視電阻率,是一個標準的二位數據。構建三維效果圖首先要構建三維數據庫,根據瞬變電磁法反演的數據可以將點號視為X軸坐標,將距離視為P軸坐標,視電阻率視為R值。因為采集數據時,人為的改動探測方向,所以可增加一列角度坐標a,這樣P軸和角度坐標形成了一組極坐標。日常應用中更多使用的是直角坐標系,我們只需將極坐標轉化為直角坐標即可[1]。轉化公式如(1)式:

(1)這樣就形成三維直角坐標數據庫,如表1所示:

3 三維建模成圖
模型構建是三維成圖最關鍵的一步,可借助Voxler軟件實現。首先要確定用途,根據用途選擇的合適模型;其次根據模型調節要展現的最佳效果;最后,結合實際分析,確定出最終結果。如圖3為Voxler的Isosurface模型,這是瞬變電磁勘探常用到的1種模型,可選取不同值呈現不同形狀,可通過改變視覺角度發掘內在聯系,也可改變顏色體現視覺效果[2-4]。

瞬變電磁的數據在Voxler軟件中實現三維成圖主要包括如下步驟:數據導入、數據網格化、等值面提取、坐標系建立、調整屬性。
數據導入:打開Voxler軟件——File——Load Date——選取**數據文件;
數據網格化:選中**.Date步驟——右鍵——Computational——Gridder;
等值面提。哼x中Gridder步驟——右鍵——Graphics Output——Isosurface;
坐標系建立、調整屬性類似上述步驟,最終如圖5所示。

4 應用分析
測區為某礦4312工作面,工作面呈長方體。工作面標高619.0~659.5m;地面標高787.3~811.2m。蓋山厚度149~174m,平均153m;走向長1740m,傾斜長226m,面積76811.09㎡。

(1)數據采集
現場條件:43123進風巷道內側幫有金屬管;外側幫有高壓線電纜;據開口處1050m內有皮帶架,1010m處后方,1010~1050m后方有溜子。43121回風巷1130m、1230m處有水倉;1430m~1440m處堆積錨索、鋼軌;1500m~1510m堆積溜子錨索;1520m~1540m架棚支護。
(2)觀測系統布置
在43121巷開口-4312工作面切眼段和43123巷開口處—4312工作面切眼段各設計礦井瞬變電磁法探測測線4條(頂板90°、頂板60°、頂板30°、順層),每條測線長1710m,即0~1710m;兩條巷道8條測線共計13680m,每條測線,點間距10m。測點由切眼向巷口布置,編號依次為0、1、2…,見觀測示意圖5。

(3)三維成果及解釋
由于43121巷前1000m有皮帶架后700m沒有皮帶架,造成背景場差別較大,以及巷道中鐵器及干擾物影響,造成所圈定區域存在一定偏差;三維立體圖數據是由兩巷道探測的數據組合而成,中間數據多為擬合數據,不能很好反映真實情況,可能會遺漏少量特殊異常區域。4312工作面內發現2處高阻區域和1處低阻區域,如圖7所示。高阻1位于43123巷400m附近,為巷道中已揭露陷落柱;高阻2位于43121巷一側,坐標位置X,Y為(1400~1500m,150~200m),推斷為陷落柱,經后期打鉆驗證確實存在;低阻D3區域三維成圖反應明顯,結合體質資料推斷為富水區,經對該區域打鉆疏放水近1000m³。

5 結論
Voxler軟件的在礦井瞬變電磁法的應用,可將探測結果和解釋由二維水平發展到直觀性和立體感較較強的三維水平,使得探放水工作有的放矢,目標更明確。在硬件和軟件都已成型的基礎上,人的主觀能動性將成為整個工程成敗的主因,因此,探測方案設計、數據坐標構建、三維模型成圖等方面構成礦井瞬變電磁三維解釋技術的關鍵。掌握好三維成圖過程中人的因素,三維立體技術才能更好地應用與發展,相信不久的將來每個地球物理工程師都將成為一個大地CT師。

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