楊君升

摘 要:文章對(duì)時(shí)間域瞬變電磁法的相關(guān)原理、方法技術(shù)進(jìn)行了解釋,并在此基礎(chǔ)上介紹了時(shí)間域瞬變電磁法在地質(zhì)勘查之中的具體應(yīng)用,應(yīng)用結(jié)果表明,該種方法對(duì)探明地質(zhì)狀況具有非常好的效果。

關(guān)鍵詞:時(shí)間域瞬變電磁法地質(zhì)勘查

中圖分類號(hào):P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098x(2012)05(a)-0087-01

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的不斷提高,在地質(zhì)勘察工作之中,也開(kāi)始出現(xiàn)了各種各樣的新技術(shù)。在一些工程建設(shè)之中,需要對(duì)深層的地質(zhì)進(jìn)行勘查,傳統(tǒng)的地表普查和以地質(zhì)研究為主的物探、化探方法在某些層面上也有一定的局限性。為適應(yīng)對(duì)于深層地質(zhì)勘查的需求(比如對(duì)地下暗河的勘查),優(yōu)先發(fā)展具有高分辨率、大探測(cè)度的新方法已經(jīng)成為了當(dāng)前的地質(zhì)勘查領(lǐng)域的一個(gè)重大課題。時(shí)間域瞬變電磁法是一種時(shí)間域的人工源地球物理電磁感應(yīng)探測(cè)方法,它能夠有效的加大勘探的深度,而且分辨能力較強(qiáng),工作效率較高,受地形的影響相對(duì)較小,近年來(lái)在劃分地層結(jié)構(gòu)、找礦、確定地質(zhì)構(gòu)造以及查明基巖面的起伏形態(tài)判斷地下水的賦存狀況等領(lǐng)域應(yīng)用頗為廣泛。

1 原理及技術(shù)方法

地質(zhì)勘查指的是調(diào)查、研究并解決各類建筑工程以及人類活動(dòng)中涉及到的各種地質(zhì)問(wèn)題的科學(xué)。工程地質(zhì)勘察的目的是為了查明各種工程地區(qū)的地質(zhì)條件,客觀評(píng)價(jià)工程地區(qū)內(nèi)的各種地質(zhì)問(wèn)題,預(yù)測(cè)建筑工程過(guò)程中可能出現(xiàn)的地質(zhì)條件的變化以及對(duì)建筑工程的影響,選擇最優(yōu)的施工地點(diǎn),并對(duì)針對(duì)施工地區(qū)的不良地質(zhì)問(wèn)題提供解決方案,確保建筑工程的順利施工以及正常使用。工程地質(zhì)研究的主要內(nèi)容有確定巖土成分、物理化學(xué)與力學(xué)性質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)以及對(duì)建筑工程穩(wěn)定性等方面可能造成的影響,對(duì)巖土進(jìn)行工程地質(zhì)分類,在此基礎(chǔ)上改善巖土的建筑性能。在過(guò)去的工程勘察工作當(dāng)中,很多方法都沒(méi)有結(jié)合施工需要以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土工程的具體影響甚至危害。而目前經(jīng)常運(yùn)用的是時(shí)間域瞬變電磁法。

時(shí)間域瞬變電磁法又稱之為瞬變電磁法,簡(jiǎn)稱為(TEM),它是一種利用不接地回線湖綜合接地線源向地下發(fā)送一次脈沖磁場(chǎng),然后地下的導(dǎo)電地質(zhì)在脈沖磁場(chǎng)的激發(fā)之下,感應(yīng)出渦流,并且根據(jù)渦流的大小來(lái)判別地質(zhì)體的導(dǎo)電程度,從而在空間形成二次瞬變磁場(chǎng)。第一次脈沖磁場(chǎng)隨著脈沖電流的關(guān)斷而會(huì)出現(xiàn)崩潰,但是第二次瞬變磁場(chǎng)卻不會(huì)立即消失,而會(huì)有一個(gè)衰減的過(guò)程,這個(gè)衰減的過(guò)程是按照時(shí)間指數(shù)的規(guī)律遞變的。因此,根據(jù)第二次渦流場(chǎng)能夠?qū)?dǎo)電體的規(guī)模、產(chǎn)狀以及電性進(jìn)行判別,從而解釋地下介質(zhì)的電性結(jié)構(gòu),幫助了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

基于這一原理,能夠較好的完成使用頻率域方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的重疊裝置工作,實(shí)現(xiàn)域探測(cè)的地質(zhì)體的最佳耦合,而且能夠得到異常幅度相對(duì)較大,形態(tài)簡(jiǎn)單并且受到旁側(cè)的影響相對(duì)較小的探測(cè)結(jié)果,能夠滿足各種地質(zhì)勘查的需要。雖然TEM的方法各樣,但是其基本原理都是一致的,即基于導(dǎo)電介質(zhì)的階躍變化的激勵(lì)磁場(chǎng)激化作用之下引發(fā)的渦流場(chǎng)的問(wèn)題。

2 時(shí)間域瞬變電磁法在某工程地下暗河勘查中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)資料

本次運(yùn)用時(shí)間域瞬變電磁法對(duì)某工程進(jìn)行地下暗河的勘查,采用的是CUGT EM-2001型的瞬變電磁儀,該電磁儀采用的是中心回線裝置,能夠探查深度不超過(guò)1KM的地下介質(zhì)情況,采用50-200A的供電,其回線變長(zhǎng)為13-26m,采樣間隔為1-4納秒,能夠滿足本次的地質(zhì)勘查的實(shí)際需求。最佳裝置以及采樣間隔的選擇,通過(guò)與鉆孔資料對(duì)比的工作來(lái)進(jìn)行分析確定。對(duì)獲得的數(shù)據(jù),采用中心回線瞬變電磁2.5維全自動(dòng)反演解釋軟件包來(lái)進(jìn)行處理,能夠在現(xiàn)場(chǎng)得出基本資料的初步解釋。

2.2 實(shí)際勘察

某工程位于我國(guó)湖南省永州市南部,其邊緣地帶為第四系的松散層覆蓋,地勢(shì)相對(duì)較為平坦。第四系巖性上部主要是以含泥沙礫為主,而下部則主要是含泥沙礫、亞砂土,從以往的勘查結(jié)果來(lái)看,第四系下伏地層的巖性主要是第三系的泥巖、砂質(zhì)泥巖,含水量不高。經(jīng)過(guò)對(duì)其進(jìn)行的常規(guī)電測(cè)勘查可以發(fā)現(xiàn),勘查區(qū)域內(nèi)存在著由北向西的隱伏斷裂構(gòu)造,并且其斷層西南地段具有第三系的基底電阻率局部增高。

對(duì)該工程的TEM勘查圍繞區(qū)域范圍內(nèi)的供水井展開(kāi),然后以往的電測(cè)深剖面附近布設(shè)TEM勘測(cè)剖面。

TEM斷面下部的5Ω·m-8Ω·m的視電阻率等值線在2號(hào)點(diǎn)以及3號(hào)點(diǎn)之間開(kāi)始呈現(xiàn)出了臺(tái)階式變化,這說(shuō)明剖面南北兩側(cè)具有較大的電性差異,我們推測(cè)這應(yīng)該是斷層的錯(cuò)棟的基底巖性轉(zhuǎn)換出現(xiàn)的異常情況。TEM斷面中部也出現(xiàn)了兩個(gè)層位的不同,其視電阻率值>9Ω·m的相對(duì)高阻異常區(qū)域。在剖面的南端,異常區(qū)相對(duì)埋藏深度較小,這與往常探知的第三系上部含水的砂與粘土互層對(duì)應(yīng),而異常處于電測(cè)深曲線的O型部位。在剖面的北段,異常區(qū)域磁場(chǎng)相對(duì)較深,其位置與該區(qū)域的地下水埋藏特征比較接近,我們由此可以該異常情況與某工程區(qū)域的含水地質(zhì)體的分布關(guān)系是比較密切的。

根據(jù)測(cè)井以及鉆探的結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)在1號(hào)井以及2號(hào)井的50m～60m處可以揭穿第四系,而水位的埋深基本上都小于20m,單井的涌水量每小時(shí)超過(guò)了100m3,而含水層基本上都是分布在150m以上的第三系之中,在150m以下也發(fā)現(xiàn)了少量的含水細(xì)砂層,這屬于第三系的承壓水。在3號(hào)井的200m深處并沒(méi)有能夠揭穿第四系,鉆孔深達(dá)100m左右的時(shí)候,單井每小時(shí)涌水量達(dá)到了80m3,可以斷定為第四系潛水。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明,運(yùn)用時(shí)間域瞬變電磁法能夠在地質(zhì)勘查之中起到非常重要的作用,而且其勘查的結(jié)果是可行而且有效的。這種方法勘查的深度相對(duì)比較大,分辨能力也非常強(qiáng),受到地形影響比較小,工作效率也能夠得到充分的保證,能為地質(zhì)勘查提供非常有參考意義的調(diào)查線索。在某些工程建設(shè)之中,需要對(duì)一定深度的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的勘查,了解其是否存在地下暗河,以確保工程的安全性和穩(wěn)定性。運(yùn)用時(shí)間域瞬變電磁法能夠較好的解決這一問(wèn)題。但是,由于地下暗河的勘查工作具有比較強(qiáng)的復(fù)雜性,而物探資料也具有多解性,這就需要我們從不同的角度來(lái)對(duì)異常情況進(jìn)行綜合解釋分析,以提高勘查工作的準(zhǔn)確性。

同時(shí),這一方法與其他的方法對(duì)比分析的結(jié)果表明,運(yùn)用CUGTEM-2001型的瞬變電磁儀進(jìn)行勘查還存在兩個(gè)方面的問(wèn)題需要解決,其一是勘查的成果對(duì)于淺部底層信息的壓制范圍相對(duì)偏大;其二是勘查結(jié)果的交流視電阻率值普遍存在偏低的情況。

參考文獻(xiàn)

[1]謝麗,曹楊,向峰,杜偉,胡文寶.擴(kuò)頻技術(shù)在瞬變電磁測(cè)深中的應(yīng)用初探[A].第8屆中國(guó)國(guó)際地球電磁學(xué)討論會(huì)論文集[C].2007.

[2]李學(xué)民.由大地電磁數(shù)據(jù)同時(shí)反演電阻率和磁化率參數(shù)的方法研究[D].成都理工大學(xué),2005.

[3]侯朝勇,陳衛(wèi),李勇,阮百堯.時(shí)間域電磁法大定回線源裝置異常響應(yīng)的分析處理[A].中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第22屆年會(huì)論文集[C],2006.

[4]翁愛(ài)華,陸冬華,劉國(guó)興.利用連分式定義瞬變電磁法全區(qū)視電阻率研究[J].煤田地質(zhì)與勘探,2003(3).