王智

（重慶長(zhǎng)江工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司 重慶市渝北區(qū) 401147）

可控源大地電磁法在地質(zhì)災(zāi)害勘察中的應(yīng)用分析

王智

（重慶長(zhǎng)江工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司 重慶市渝北區(qū) 401147）

在人類(lèi)活動(dòng)中自然地質(zhì)災(zāi)害是比較常見(jiàn)的。近幾年，科技迅猛發(fā)展，尤其是可控源大地電磁法的應(yīng)用，給地質(zhì)災(zāi)害勘察工作帶來(lái)了極大的便利，為抗震防災(zāi)提供了有價(jià)值的地質(zhì)信息。在地質(zhì)災(zāi)害勘察工作中，斷層勘察是十分重要的，本文介紹了可控源大地電磁法，并以礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害勘察為例，就其實(shí)際應(yīng)用做出了探討。

可控源大地電磁法；地質(zhì)災(zāi)害勘察；應(yīng)用分析

在地質(zhì)災(zāi)害勘察工作中，應(yīng)用可控源大地電磁法具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，不容易受到地形的影響，且有利于控制勘察成本，對(duì)提升勘察工作的便捷性和勘察深度有積極作用。近幾年，科技迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了十分廣泛的應(yīng)用，在地質(zhì)勘察工作中，野外探測(cè)儀器數(shù)字化程度日益提高，提高了地質(zhì)勘察的精密度，推動(dòng)了地質(zhì)勘察工作的進(jìn)步。其中，可控源大地電磁法作為數(shù)字化野外探測(cè)儀器的佼佼者，有力保障了地質(zhì)勘察工作的發(fā)展。本文即以某石膏礦區(qū)為例，對(duì)可控源大地電磁法的實(shí)際應(yīng)用做出了探討。

1 可控源大地電磁法概述

1.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

作為一種探測(cè)方法，可控源大地電磁法的一大優(yōu)勢(shì)就是人工可控場(chǎng)源的使用，與天然場(chǎng)源相比，人工可控場(chǎng)源的信號(hào)強(qiáng)了很多，彌補(bǔ)了使用天然場(chǎng)源信號(hào)弱的缺陷。但是，應(yīng)用可控源大地電磁法，后期處理工作變得不再簡(jiǎn)單。一般，可控源大地電磁法可分為三種，分別為張量、矢量和標(biāo)量可控源大地電磁法，而在地質(zhì)勘察工作中，應(yīng)用標(biāo)量可控源大地電磁法較之其他兩種可控源大地電磁法有著更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，且使用便捷性強(qiáng)[1]。同時(shí)，對(duì)一個(gè)場(chǎng)源，應(yīng)用標(biāo)量可控源大地電磁法還能觀測(cè)兩個(gè)分量，所以，標(biāo)量可控源大地電磁法的應(yīng)用是三種可控源大地電磁法中最為廣泛的。

1.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

可控源大地電磁法的應(yīng)用信號(hào)源是接地水平電偶源，彌補(bǔ)了地質(zhì)勘察工作中天然場(chǎng)源信號(hào)弱的缺陷，是頻率域電磁勘察的一種。在地質(zhì)勘察工作中，應(yīng)用可控源大地電磁法激發(fā)地下巖石，是借助人工場(chǎng)源實(shí)現(xiàn)的，電位差在有電流時(shí)產(chǎn)生，場(chǎng)電位在此時(shí)也得以接收。鑒于頻率、深度這二者的數(shù)字關(guān)系，加上場(chǎng)源頻率以及巖石電導(dǎo)率的差別，底層中傳播深度會(huì)有不同，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不同的磁場(chǎng)和電位。而在地質(zhì)勘察工作中，對(duì)地質(zhì)情況斷層的勘察作業(yè)應(yīng)用可控源大地電磁法就是以巖石導(dǎo)電率的不同以及磁場(chǎng)強(qiáng)度變化為依據(jù)的。

作為地質(zhì)勘察的新型技術(shù)，可控源大地電磁法最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，基于電磁傳播及麥克斯韋方程組理論提出的，計(jì)算得出地下視電阻率公式。其中，s為地下的視電阻率，f為頻率[2]。從這一公式中可以看出，獲得視電阻率s，只需得到正交水平電磁場(chǎng)（Ex，Hy）即可。

同時(shí)，以電磁波趨膚效應(yīng)理論為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)計(jì)算又可得出趨膚深度公式：。其中，d為有效探測(cè)深度。從這一公式中可以看出，若地下的視電阻率s不變，頻率f增大，有效探測(cè)深度d會(huì)隨之減小，也就是說(shuō)同一電阻率條件下，低頻下的有效探測(cè)深度大[3]。分析這一公式得出，在地質(zhì)勘察工作中，要探測(cè)不同深度底層，只需要做好頻率控制即可，這樣就可以得到不同深度地層的數(shù)據(jù)信息。然后，對(duì)比視電阻率s，分析其變化，就可以對(duì)地質(zhì)特征做出一定判斷，從而得出接觸帶的空間分布情況[5]。

2 可控源大地電磁法應(yīng)用

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

在地質(zhì)勘察工作中，應(yīng)用電磁法促進(jìn)了地質(zhì)勘察的發(fā)展。其中，在盆地基底的研究工作中，可控源大地電磁法不僅應(yīng)用廣泛，且便利性強(qiáng)。尤其是近幾年，可控源大地電磁法在應(yīng)用中的成績(jī)顯著，漸漸被地質(zhì)學(xué)家認(rèn)可，一度躍為新型地質(zhì)勘察的佼佼者[6]。對(duì)于工程單位來(lái)說(shuō)，必須首先了解地質(zhì)情況，解決地質(zhì)問(wèn)題，而在地質(zhì)勘察工作中通過(guò)對(duì)可控源大地電磁法的應(yīng)用，可以保障地質(zhì)勘察工作的高效進(jìn)行。但是，可控源大地電磁法也是有一定的應(yīng)用缺陷的，在應(yīng)用中受到場(chǎng)源干擾，電磁場(chǎng)“合齊次”會(huì)因此而無(wú)法得到滿(mǎn)足[7]。此外，應(yīng)用可控源大地電磁法還需引入發(fā)射機(jī)，這不利于地質(zhì)勘察的野外作業(yè)。

2.2 應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用可控源大地電磁法的基本原理進(jìn)行地質(zhì)勘察工作，電磁波是平面波，要想入射到地層，只有在垂直的條件下才能實(shí)現(xiàn)，根據(jù)光的折射定律做出對(duì)電磁波能量的分配。

在實(shí)際地質(zhì)勘察中，以某石膏礦區(qū)為例，應(yīng)用可控源大地電磁法進(jìn)行對(duì)該地區(qū)的探測(cè)。該石膏礦區(qū)大部分是水田耕地，基巖裸露，地面標(biāo)高大于10m，且不超過(guò)20m，嚴(yán)重干擾了數(shù)據(jù)采集工作。同時(shí)，該石膏礦區(qū)附近為輸電、通訊線(xiàn)路，也影響了磁場(chǎng)觀測(cè)。該石膏礦區(qū)地層發(fā)育較好，有至少3100m的沉積厚度，其中，勘測(cè)區(qū)受控邊界斷層，有大幅斷陷斷塊，斷陷結(jié)構(gòu)不完整。對(duì)該石膏礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘勘察，如果用傳統(tǒng)的勘察手段，很容易受到環(huán)境影響，探測(cè)深度也無(wú)法符合標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)該石膏礦區(qū)的實(shí)際地層情況，勘察作業(yè)需應(yīng)用可控源大地電磁法。

一般條件下，若是在1～2km范圍的探測(cè)深度，超出6km的區(qū)域都是遠(yuǎn)區(qū)[8]。同時(shí)，若平面電磁波超出60°，且在此基礎(chǔ)上，在1～2km范圍內(nèi)收發(fā)測(cè)線(xiàn)，要保證觀測(cè)信號(hào)強(qiáng)度不受干擾，則需要改善導(dǎo)線(xiàn)電阻。在該石膏礦區(qū)應(yīng)用可控源大地電磁法進(jìn)行地質(zhì)勘察作業(yè)，工作參數(shù)為：不超過(guò)50Ω的接地電阻、20m的測(cè)線(xiàn)點(diǎn)距、1000V電壓、20A電流、5500～8000m范圍內(nèi)的收發(fā)距離以及1200m的發(fā)送極距。

3 分析與結(jié)論

3.1 數(shù)據(jù)處理分析

處理得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)，得出視電阻頻率點(diǎn)圖曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1 視電阻頻率點(diǎn)圖曲線(xiàn)

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，為更好認(rèn)識(shí)該曲線(xiàn)，結(jié)合鉆孔測(cè)井信息，正演地電模型。同時(shí)，對(duì)上述數(shù)據(jù)做出了MTsoft2D處理，進(jìn)一步明確了該石膏礦區(qū)的斷層，得出反演結(jié)果如圖2所示。

圖2 MTsoft2D處理反演圖

一般，斷層發(fā)育處會(huì)有巖石破碎，且會(huì)受到地下水的溶蝕，由此導(dǎo)致此處沒(méi)有較高的巖石電阻率，且?guī)r性、斷層性質(zhì)也會(huì)影響電阻率下降大小，根據(jù)這種電性信息就可以對(duì)斷層所處位置進(jìn)行判斷。從MTsoft2D處理反演圖可以看出，變化不同的地方在中部，剖面較淺處沒(méi)有較高的視電阻率。同時(shí)，從圖中還可看出有的區(qū)域無(wú)均勻橫向分布，由此可以判斷斷層處在該區(qū)域的可能性比較大。

3.2 應(yīng)用結(jié)論

（1）視電阻頻率點(diǎn)圖曲線(xiàn)為KHA和QHA這兩種類(lèi)型，做相干加強(qiáng)處理，并進(jìn)行多次疊加操作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的壓制。探究深部地層電性變化，可以電性資料為依據(jù)，石膏層中高阻異常。鑒于石膏水化影響，加上含水因素等，若有斷層破碎帶，一般能夠看到低阻異常出現(xiàn)。

（2）根據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果，結(jié)合已知鉆孔資料，應(yīng)用可控源大地電磁法可有效判斷斷層位置，地電關(guān)系明確，具有十分重要的地質(zhì)意義。同時(shí)，在地質(zhì)勘察工作中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用可控源大地電磁法還需繼續(xù)提升數(shù)據(jù)采集水平，從而做到對(duì)石膏層頂界面深度的更好控制。

（3）以某石膏礦為例，根據(jù)該石膏礦特點(diǎn)，應(yīng)用可控源大地電磁法，從勘察結(jié)果來(lái)看，該技術(shù)給地質(zhì)災(zāi)害勘察工作提供了較大便利，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，安全性高且十分可靠，值得得到大范圍推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在地質(zhì)勘察工作中，有效應(yīng)用可控源大地電磁閥對(duì)于保障勘察工作順利進(jìn)行有積極意義。科技發(fā)展日新月異，在今后的時(shí)間里，電磁法技術(shù)將會(huì)更加先進(jìn)，需繼續(xù)探討其在地質(zhì)勘察工作中的應(yīng)用，以便更好推動(dòng)地質(zhì)勘察工作的發(fā)展。文章介紹了可控源大地電磁法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理和應(yīng)用現(xiàn)狀，以某石膏礦區(qū)為例，分析該石膏礦特點(diǎn)，應(yīng)用可控源大地電磁法對(duì)該地區(qū)進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，判斷斷層位置，給地質(zhì)災(zāi)害勘察工作帶來(lái)了極大的便利。

[1]李金祥，閆小兵，楊建軍.可控源音頻大地電磁法在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2012（10）：105～106.

[2]張永泰，郎寶華，孫遠(yuǎn)進(jìn)，尹金柱.可控源大地電磁法在地質(zhì)災(zāi)害勘察中的應(yīng)用研究[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（1）：13～16+34.

[3]徐新學(xué)，吳正剛，王身龍，費(fèi)海巖，代濤.V8可控源音頻大地電磁法在鐵路隧道不良地質(zhì)勘察中的應(yīng)用[J].工程勘察，2012（6）：74～77.

[4]董澤義，湯吉，周志明.可控源音頻大地電磁法在隱伏活動(dòng)斷裂探測(cè)中的應(yīng)用[J].地震地質(zhì)，2011（3）：442～452.

[5]宋希利，彭玉明，王仕昌.可控源音頻大地電磁法在平陰縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用效果[J].山東國(guó)土資源，2012（7）：13～16.

[6]許廣春，習(xí)鐵宏，段洪芳.可控源音頻大地電磁法（CSAMT）在隧道勘察中的應(yīng)用[J].工程勘察，2012（6）：68～71.

[7]李立民.可控源音頻大地電磁法在秦嶺輸水隧洞斷裂勘察中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014（8）：131～133+137.

[8]宋希利，張民，馬慶偉，鹿慶龍.可控源音頻大地電磁法在探測(cè)地下采空區(qū)上的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（25）：59～60.

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1004-7344（2016）04-0198-02

2016-1-21