郭潤平,張 康,田江環(huán),程 斌,張宏濤

(1.陜西地礦第二綜合物探大隊有限公司,陜西 西安 710016;2.廊坊市中鐵物探勘察有限公司,河北 廊坊 065000)

1 引 言

瞬變電磁法由于具有許多傳統(tǒng)直流電法不可比擬的優(yōu)點，是當今得以迅速發(fā)展推廣的新一代電磁勘探方法，其應用范圍涉及地礦、石油、水利、電力、鐵路、交通、工程場地巖土勘察，隧道超前探測等各個領域。但由于國外生產(chǎn)銷售的瞬變電磁儀售價昂貴，發(fā)射功率小，要解決深部勘探必須采用大發(fā)射回線工作方式，生產(chǎn)效率低，以及在復雜地形條件下或者稍有人工游離電場影響大發(fā)射回線難以開展工作等因素的影響，國內(nèi)的推廣應用受到限制。2000年之后，隨著儀器智能化、數(shù)字化技術的發(fā)展，國產(chǎn)輕便型大電流發(fā)射正負方波瞬變電磁儀系統(tǒng)應運而生。同時國內(nèi)學者也從理論與實踐上證明用小發(fā)射回線大電流供電用于深部瞬變電磁法勘探的可行性，這為瞬變電磁法推廣用于深部地質(zhì)勘查創(chuàng)造了條件。

巖土勘察工作中有時因地形復雜或者人口密集地區(qū)影響，急需一種新的物探工作方法。瞬變電磁法大電流、多匝回線裝置測量系統(tǒng)克服了因地形或者游離電場的影響。該方法具有施工方便快捷、體積效應小，抗干擾能力強、探測深度大等優(yōu)點，在對隱伏斷層、采空區(qū)、地層導含水區(qū)劃分中取得良好的應用效果[3,5]。

2 瞬變電磁法理論原理

瞬變電磁法(Transient Electromagnetics Method, TEM)是以地殼中巖(礦)石的導電性與導磁性差異為主要物質(zhì)基礎，根據(jù)電磁感應原理，利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間隙期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場，因地質(zhì)體導電性能及空間賦存位置的不同，感應渦流衰變的規(guī)律也有所不同，通過分析研究該場的空間與時間分布規(guī)律,來尋找地下礦產(chǎn)資源或解決其它地質(zhì)問題的一種時間域電磁法。圖1為瞬變電磁法原理示意圖。

圖1 瞬變電磁法原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of transient electromagnetic principle

瞬變電磁法(TEM)盡管有各種各樣的變換方法，其數(shù)學物理基礎都是基于導電介質(zhì)在階躍變化的激勵磁場激發(fā)下引起的渦流場問題。研究局部導電體的瞬變電磁響應的目的在于勘查良導體，研究水平層狀大地的瞬變電磁理論的目的在于解決地質(zhì)構(gòu)造探測問題[1,2]。

3 瞬變電磁法解釋原則及數(shù)據(jù)處理

3.1 解釋原則

瞬變電磁法勘探的物理前提是采空區(qū)(空洞)與周圍巖層存在較大的電性差異。煤層賦存與成層分布的煤系地層中，煤層被開采后形成采空區(qū)，破壞了原有的應力平衡狀態(tài)，電性發(fā)生明顯的變化。不充水的空洞由于巖性疏松，導電性降低，表現(xiàn)為高阻異常，二次渦流衰減快，產(chǎn)生的感應電動勢較低，在瞬變電磁多道電壓感應剖面圖上表現(xiàn)“低電壓異常”，在瞬變電磁擬斷面圖上表現(xiàn)為高阻異常。充水采空區(qū)(空洞)由于水是低阻體，所以電性呈現(xiàn)低阻異常，二次渦流場衰減變慢，產(chǎn)生的感應電動勢高，在瞬變電磁多道電壓感應剖面上表現(xiàn)為“高電壓異?！保谒沧冸姶艛M斷面圖上表現(xiàn)為低阻異常。瞬變電磁根據(jù)這種電性差異來判斷采空區(qū)的位置和類型[4,5,7]。

3.2 工作方法及技術要求

本次選取延安(實例一)和咸陽(實例二)兩地案例勘探成果進行分析和研究。其中實例一位于延安市富縣山區(qū)，地表條件復雜，麥田眾多，為了減少對農(nóng)作物的破壞，選用大電流、多匝重疊回線裝置。實例二位于咸陽旬邑城中村內(nèi)，民用電線錯綜復雜、民房眾多、道路狹窄，故選用大電流、多匝重疊回線裝置。

3.2.1 技術參數(shù)

本次工作使用的武漢地大華睿地學技術有限公司生產(chǎn)的CUGTEM-8瞬變電磁儀。該設備斷電后觀測純二次場，不受一次場干擾，發(fā)現(xiàn)異常能力強；儀器輕便、功率大，供電困難的地區(qū)能正常工作。

通過現(xiàn)場試驗確定本次瞬變電磁法試驗發(fā)射電流150 A、供電脈寬10 ms、疊加次數(shù)20次、發(fā)射回線邊長分別為10 m×10 m、剖面點距10 m (實例一)、2 m×2 m、剖面點距2 m(實例二)等，發(fā)射回線3匝，接收線圈8匝。試驗結(jié)果顯示曲線形態(tài)完整、曲線衰減正常、信噪比較高，有用信號完整清晰，滿足地質(zhì)任務勘探深度的要求。

發(fā)射電流的大小，在儀器發(fā)射功率范圍內(nèi)和安全工作的前提下采用最大的工作電流，衡量標準是采集窗口最后采樣時間點對應的二次電壓不小于背景場電壓，或?qū)谧畲笥行綔y深度的二次場信號有足夠的信噪比。

3.2.1 目標體深度預估

根據(jù)鉆孔資料結(jié)合地質(zhì)任務可知，本次實例一勘探最大探測深度為300 m左右，實例二勘探最大深度為50 m左右。通常來說異常幅值與目標體的電性及幾何參數(shù)有關。目標體的導電性越好，幾何參數(shù)越大，則異常幅值較大，對目標體的探測能力強；反之，則異常幅值低，探測能力弱。所以，瞬變電磁法的探測深度與發(fā)射回線面積、供電電流大小、地層電阻率和噪聲水平有關，其最大探測深度可由下式計算：[8]

(1)

式中，I為供電電流，單位為A；ρ為介質(zhì)電阻率,單位為Ω·m；η為可分辨電壓，單位為nV/m2；L為發(fā)射回線邊長，單位為m；場源的磁矩為IL2。

一般地區(qū)的噪聲水平為0.2～0.5 nV/m2左右，則：

(2)

式中，S為回線面積,m2。

以上兩式均可用來估算瞬變電磁法的探測深度，可以看出，增大供電電流或發(fā)射回線面積可以增大對目標體的探測深度。在線框大小一定的情況下，為了增大探測深度，只能通過增加線圈的匝數(shù)或者增大電流的強度來實現(xiàn)；增加線圈匝數(shù)，互感現(xiàn)象增強，采用大電流供電、適當?shù)脑褦?shù)線圈可以很好地解決這個問題。

該公式規(guī)避了目標體幾何參數(shù)對探測深度的影響，只能作為初略的估計使用。

3.3 數(shù)據(jù)處理

采集的數(shù)據(jù)處理前，首先對其逐點進行整理或預處理，即檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，剔除不合格數(shù)據(jù)，并對其進行編錄，整理成專用數(shù)據(jù)處理軟件所需要的順序和格式，再對數(shù)據(jù)進行濾波，以濾除或壓制干擾信號，恢復信號的變化規(guī)律，突出地質(zhì)信息，再利用專用軟件轉(zhuǎn)換得到視電阻率ρs(t)和視深度H(t)等參數(shù)，并進行一維反演；在此基礎上，根據(jù)相關測量、地質(zhì)和鉆探等資料做必要的地形校正和高程校正等處理，最后利用Surfer11.0等軟件繪制斷面圖及平面等值線圖。

TEM勘探采集的數(shù)據(jù)為感應電動勢。橫坐標為算術坐標，表示觀測二次場的時間；縱坐標為對數(shù)坐標，表示歸一化感應電動勢。一般須將感應電動勢轉(zhuǎn)換為視電阻率，轉(zhuǎn)換公式如下：

(3)

式中,μ0=4π×10-7H/m;ST為發(fā)送回線面積,m2;SR為接收線圈面積,m2;t為測道時間;V/I為歸一化感應電動勢是瞬變值。以上單位均采用國際標準計量單位。

經(jīng)過時深轉(zhuǎn)換后的深度值，是一個單純的計算值，可以根據(jù)地質(zhì)情況、鉆孔資料及圍巖分層情況進一步校正，這樣得出的深度才能符合當?shù)氐刭|(zhì)情況。目前采取的辦法是線性系數(shù)法校正。即根據(jù)整個工區(qū)大致的地質(zhì)情況，對探測區(qū)淺部和深部設置兩個系數(shù)X、Y，然后對等間距線性插值，再乘以深度值[8]。

4 應用實例

4.1 實例一

工作區(qū)位于延安市富縣周邊，工作內(nèi)容為隧洞引水工程瞬變電磁法勘察工作,具體工作任務為沿隧洞洞深方向布設三條瞬變電磁法剖面(圖2)，剖面編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。三條電磁測深剖面對應的里程號和測點號分別為,Ⅰ號，D8+870～D8+950,D001～D026;Ⅱ號，D9+150～D9+550,D026～D069;Ⅲ號，D09+950～D10+150,D070～D090。在這三條測線內(nèi)的各個測點，均各自為順序等間距排列?？辈旃ぷ髂康囊螅翰槊骶€路通過區(qū)覆蓋層厚度、土石分界線、基巖起伏形態(tài)、采空區(qū)分布情況。

圖2 引水線路瞬變電磁測深勘探工作測線布置Fig.2 Layout of transient electromagnetic sounding survey line for water diversion line

4.1.1 地形地質(zhì)概況

4.1.1.1 物探剖面沿線地質(zhì)概況

圖3所示為引水線路工程勘探地質(zhì)剖面。

圖3 引水線路工程勘探地質(zhì)剖面Fig.3 Geological section of water diversion line engineering exploration

1)地形地貌

工程區(qū)地處于陜北黃土高原的前緣地帶，地形由西北向東南緩傾，塬面比較平坦、開闊，高程750～1 000 m。本次物探剖面所經(jīng)地區(qū)主要為黃土臺塬；地形由西北向東南緩傾，塬面比較平坦、開闊，高程750～1 000 m，起點段沮水河谷基巖裸露30～100 m，呈“V”型深谷，岸坡陡峻，谷底寬約20～40 m，由層狀灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r組成，黃土塬段溝谷下切深度50～100 m，多呈V型谷，溝坡陡竣，植被較好，屬剝蝕堆積型地貌。

2)地層巖性

根據(jù)勘探結(jié)果(圖1)，供水線路沿線出露地層以第四系松散堆積為主，僅在起點沮水河左岸及小河溝左右岸基巖出露，各地層巖性及特征由新到老簡述如下：

3)第四系地層：

①全新統(tǒng)人工堆積層(Q4s)：雜填土，土石混合物，結(jié)構(gòu)雜亂，含碎石、黃土、砂礫石及少量建筑垃圾等，堆積層厚度不等，主要為沖溝道路建設堆積棄渣，分布于鳳凰溝和小河溝溝道。

②全新統(tǒng)崩坡堆積層(Q4s)：壤土夾碎石，堆積層厚度不等，分布于小河溝溝道右岸邊坡。

③第四系上更新統(tǒng)(Q3)

風積層(Q3eol)，上部為③-1風積黃土層，灰黃色，疏松，土質(zhì)均一，具垂直節(jié)理，粉粒含量較高，針狀孔隙，稍濕，硬塑，層厚8～12 m不等。

下部為③-2古土壤層，淺棕紅色，質(zhì)均，團粒結(jié)構(gòu)，黏粒含量較高，針狀孔隙及蟲孔發(fā)育，可見白色菌絲，稍濕，堅硬，層厚1～2 m不等。

④第四系中更新統(tǒng)(Q2)：

風洪積層(Q2eol+pl)，勘探點范圍內(nèi)為④-1黃土狀壤土夾7～8層④-2古土壤，④-1黃土狀壤土為灰黃色，質(zhì)均，粉粒含量較高，可見針孔狀孔隙及蟲孔，該層內(nèi)夾多層鈣質(zhì)結(jié)核；④-2古土壤為淺棕紅色，質(zhì)均、團粒結(jié)構(gòu)，黏粒含量較高，可見白色菌絲，稍濕，硬塑。

風洪積層(Q2eol+pl)，分布于黃土臺塬底部，主要為④-3砂礫石層，雜色，中密，粒徑一般3～8 cm，最大20 cm，含泥量較高，在起點沮水河左岸、鳳凰溝及小河溝左右岸附近黃土臺塬底部出露，厚度約5～13 m。

4)奧陶系

中奧陶系馬家溝組(O2)：巖性主要為⑤灰色、灰白色厚層狀結(jié)晶灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r。分布于起點沮水河兩岸及白蓮溝底部。

5)石炭系

上石炭系太原組(C3t)：巖性主要為⑥炭質(zhì)頁巖及頁巖。分布于白蓮溝以西灰?guī)r與砂泥巖過渡地帶。

6)二疊系

二疊系上石河子組(P2sh)：巖性主要⑦為灰綠色、棕紅色厚層狀砂巖、泥質(zhì)砂巖、鋁土頁巖。分布于白蓮溝以東至隧洞末點沖溝底部。

4.1.1.2 水文地質(zhì)條件

工程區(qū)地下水一般埋深較大，大于100 m，按賦存條件可劃分為第四系松散層孔隙潛水和基巖裂隙水、基巖溶隙水三種類型。

受大氣降水補給，向沮河和附近溝道排泄，根據(jù)現(xiàn)場水井調(diào)查，黃土塬區(qū)地下水埋藏深度120～200 m，局部含有上層滯水，水量很小。沿線沖溝只有沮河和小河溝有水流出?？傮w看來，地下水位位于輸水線路洞線基礎以下，對隧洞穩(wěn)定性影響不大。

4.1.2 巖(礦)石物性特征

本次物探勘查工作電性參數(shù)測定采用小極距測深法與泥團法進行物性測定。測區(qū)巖(礦)石電性參數(shù)見表1。

表1 地層電性參數(shù)

本區(qū)出露的巖性為：黃土、泥質(zhì)砂巖、砂巖、砂礫巖，其電阻率先降后逐漸增高。正常地層組合條件下，在橫向與縱向上物性都有固定的變化規(guī)律可循。不同的巖石一般具有不同的電阻率，同一巖石的電阻率的大小也受很多因素影響。

巖石孔隙、裂隙總是含水的，并且隨著巖石的濕度或飽和度的增加，電阻率急劇下降。同時，水分含量相同的不同巖石的電阻率可能有很大差別，其原因在于水分有不同的礦化度。這也是運用電法來研究水文地質(zhì)問題的物性依據(jù)。

4.1.3 推斷解釋

在資料解釋中，把反演電阻率斷面圖作為資料解釋的基本圖件和主要依據(jù)。根據(jù)反演電阻率斷面圖中電阻率背景值的大小以及梯度值，并結(jié)合地質(zhì)資料，分析剖面電性與地質(zhì)體的對應關系。具體解釋如下：

1)Ⅰ號物探剖面(D8+700～D8+950)見圖4。

圖4 Ⅰ號剖面推斷解釋成果Fig.4 Extrapolation and interpretation of section I

①該段地表深度以下約0～94 m范圍電阻率為低值，約為5～40 Ω·m，表層電性橫向變化較明顯，等值線凌亂不圓滑，局部電阻率值較周圍偏高，分析該段為第四系風洪積黃土覆蓋層，因黃土分布不均而造成局部電阻率值升高。

②該段地表94 m深度以下范圍內(nèi)電阻率值較高，約為40～350 Ω·m，電阻率值縱向上隨深度增加而變大，電阻率等值線橫向分布較均勻，分析該區(qū)域地質(zhì)體電性橫向差異較小，此層位處斷面圖反演效果多為平層狀，表現(xiàn)為地層完整，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為二疊系泥質(zhì)砂巖、砂巖，巖體較完整，節(jié)理裂隙發(fā)育。局部電阻率低值區(qū)認為泥質(zhì)成分含量較高或者裂隙水較發(fā)育。

2)Ⅱ號物探剖面(D9+150～D9+550)

從反演電阻率斷面圖(圖5)可以看出，該剖面地表深度以下約0～110 m范圍電阻率為低值，約為5～40 Ω·m，表層電阻率值最低，隨深度增加電阻率值變大，表層電性橫向變化較均勻，垂向分層明顯，分析該段為第四系風洪積黃土覆蓋層，電阻率高值層位為砂礫石。

圖5 Ⅱ號剖面推斷解釋成果Fig.5 Extrapolation and interpretation of section Ⅱ

D9+150至D9+230段：

該段110 m深度以下范圍內(nèi)電阻率值較高，電阻率值約為40～100 Ω·m，電阻率等值線局部呈現(xiàn)團塊狀，分析該區(qū)域地質(zhì)體電性各向異性較明顯，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為二疊系泥質(zhì)砂巖、砂巖，巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性相對較強,其右側(cè)因受破碎帶影響導致巖體較破碎。

D9+230至D9+270段：

該段110 m以內(nèi)深度范圍內(nèi)電阻率值較上層明顯偏低，約為10～80 Ω·m，呈條帶狀分布并向深部延伸，電阻率等值線為半封閉狀低值區(qū)，分析電性各向異性較明顯，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為破碎帶，巖體破碎，局部節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性相對較強。

D9+270至D9+475段：

該段102 m深度以下范圍內(nèi)電阻率值較高，約為40～350 Ω·m，縱向上電阻率值隨深度增加而變大，電阻率等值線橫向分布較均勻，分析該區(qū)域地質(zhì)體電性橫向差異較小，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為二疊系泥質(zhì)砂巖、厚層狀砂巖，巖體較完整，泥質(zhì)成分含量高時電阻率值相對較低，反之電阻率值偏高。

D9+475至D9+500段：

該段103 m深度以下范圍內(nèi)電阻率值較低，約為80～120 Ω·m，電阻率等值線向下同向彎曲，呈條帶狀分布并向深部延伸，電阻率等值線為半封閉狀低值區(qū)，分析電性各向異性較明顯，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為破碎帶，巖體破碎，局部節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性相對較強。

D9+500至D9+550段：

該段94 m深度以下范圍內(nèi)電阻率值較高，電阻率值約為40～350 Ω·m，縱向上電阻率值隨深度增加而變大，電阻率等值線橫向分布較均勻，分析該區(qū)域地質(zhì)體電性橫向差異較小，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為二疊系泥質(zhì)砂巖、厚層狀砂巖，巖體較完整，泥質(zhì)成分含量高時電阻率值相對較低，反之電阻率值偏高。

3)Ⅲ號物探剖面(D9+950～D10+150)

由圖6可以看出該剖面地表深度以下約0～105 m范圍電阻率為低值，約為5～40 Ω·m，表層電阻率值最低，隨深度增加電阻率值變大，表層電性橫向變化較均勻，垂向分層明顯，分析該段為第四系風洪積黃土覆蓋層，電阻率高值層位為砂礫石。

圖6 Ⅲ號剖面推斷解釋成果Fig.6 Extrapolation and interpretation of section Ⅲ

D9+950至D9+992段：

該段105 m深度以下范圍內(nèi)電阻率值相對上層較高，約為40～350 Ω·m，縱向上電阻率值隨深度增加而變大，電阻率等值線橫向分布較均勻，分析該區(qū)域地質(zhì)體電性橫向差異較小，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為二疊系泥質(zhì)砂巖、厚層狀砂巖，巖體較完整，泥質(zhì)成分含量高時電阻率值相對較低，反之電阻率值偏高。其中在D9+950～D9+992,高程在574～684 m范圍內(nèi)存在一半閉合狀低阻異常區(qū)，電阻率等值線呈現(xiàn)不規(guī)則狀變化，結(jié)合地質(zhì)資料，認為上覆巖層在地球重力的作用下逐漸斷裂、塌陷，大氣降水及含水層的水就會沿著裂隙侵入，從而導致出現(xiàn)一相對低阻異常區(qū)。推斷該區(qū)為塌陷型采空區(qū)，充填有黃土，破碎泥質(zhì)砂巖、砂巖等，富水性相對較強。

D9+992段至D10+150：

該段105 m深度以下范圍內(nèi)電阻率值相對上層較高，約為40～350 Ω·m，縱向上電阻率值隨深度增加而變大，電阻率等值線橫向分布較均勻，分析該區(qū)域地質(zhì)體電性橫向差異較小，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為二疊系泥質(zhì)砂巖、厚層狀砂巖，巖體較完整，泥質(zhì)成分含量高時電阻率值相對較低，反之電阻率值偏高。

4.1.4 鉆孔驗證

結(jié)合前期巖土勘察資料與本次瞬變電磁法工作成果，通過在Ⅱ號剖面上進行鉆孔驗證，結(jié)果表明埋深0～122 m均為黃土覆蓋層，122～165 m范圍內(nèi)鉆孔整體處于破碎帶中，巖心為二疊系泥質(zhì)砂巖、砂巖，較破碎且充水。說明該方法在尋找隱伏破碎帶是有效的。

4.2 實例二

4.2.1 物探剖面沿線地質(zhì)特征

該工程位于咸陽市旬邑縣城中村內(nèi)，試驗目的是沿垂直廢棄窯洞方向，在洞口布設一條瞬變電磁法剖面。查明剖面所在位置覆蓋層厚度及特征、填充異物、廢棄窯洞位置分布情況，同時來驗證大電流、多匝小回線重疊裝置在生活電網(wǎng)密集區(qū)采集數(shù)據(jù)的可靠性。

工程區(qū)巖土(體)按自上而下和形成的相對時間關系排序，主要為第四系全新統(tǒng)素填土和黑壚土(Q4ml+el)、第四系中更新統(tǒng)風積黃土(Q3eol+al)、第四系中更新統(tǒng)砂巖(Q3al+pl)等。

1)素填土和黑壚土(Q4ml+el)：褐黃色，以黏性土為主，含磚塊、瓦片、圓礫、煤渣等，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均勻。層厚0.30～3.00 m。層底分布有黑壚土(Q4e1)：棕褐色，硬塑。具針孔、蟲孔，含氧化鐵、鐵錳質(zhì)、零星鈣質(zhì)結(jié)核，具團粒結(jié)構(gòu)，具濕陷性。層位不穩(wěn)定，局部缺失。邊坡主要組成由此土質(zhì)組成。

2)黃土(Q3eol+al)：褐黃色，稍濕-濕，可塑-硬望。以黏性土為主，含磚塊、瓦片、圓礫、煤渣等，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均勻。具大孔、蟲孔，含零星結(jié)核、鐵錳氧化物、蝸?？恕游环€(wěn)定，分布連續(xù)。地層結(jié)構(gòu)簡單；該層在邊坡項目場地的斜坡地帶厚度較大，該層廣泛分布于坡體范圍內(nèi)。

3)水文地質(zhì)條件

工程區(qū)地下水一般埋深較大，剖面測量深度范圍內(nèi)地下水類型以第四系松散層孔隙潛水為主。受大氣降水補給，向下坡向和附近溝道排泄，特別對廢棄窯洞塌陷區(qū)影響較大，

4.2.2 地球物理特征

本區(qū)巖性主要為：第四系全新統(tǒng)素填土和黑壚土和第四系中更新統(tǒng)風積黃土。不同的巖土體一般具有不同的電阻率，同一巖土體的電阻率的大小也受很多因素影響，如含水率，人工擾動，流水沖蝕，密實度，裂隙發(fā)育程度等。本次物探勘查工作收集到旬邑縣某石灰?guī)r礦區(qū)物性資料，測區(qū)地層電性參數(shù)見表2。

表2 地層電性參數(shù)

4.2.3 推斷解釋

如圖7所示，該剖面地表深度以下約0～3.5 m范圍電阻率為低值，小于10 Ω·m，表層電阻率值最低，隨深度增加電阻率值變大，表層電性橫向變化較均勻，垂向分層明顯，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查認為是第四系黃土覆蓋層,土壤中富含水。具體解釋如下：

圖7 廢棄窯洞推斷解釋成果Fig.7 Extrapolation and interpretation of abandoned caves

D101至D115段：

①該段3.5～10 m深度范圍內(nèi)電阻率值較上層升高，電阻率值約為10～50 Ω·m，電阻率等值線橫向分布較均勻，分析該區(qū)域巖土體電性橫向差異較小，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為第四系風洪積黃土覆蓋層，孔隙水、裂隙水較發(fā)育。

②該段距地表10 m深度以下范圍，電阻率值較高，電阻率值約為50～220 Ω·m，電阻率等值線橫向分布較均勻，分析該區(qū)域巖土體電性顯各向同性，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為第四系風洪積黃土覆蓋層，土壤密實度高。

D115至D119段：

該段地表深度3.5 m以下范圍，等值線整體呈低阻條帶向深部延伸，電阻率約為10～50 Ω·m，電性變化明顯，結(jié)合地質(zhì)特征，分析該段為第四系風洪積黃土覆蓋層，孔隙水、裂隙水較發(fā)育，局部低阻區(qū)可能存在落水洞，或者是孔隙水沿著黃土脆弱裂隙下滲。

D119至D132段：

①該段3.7～11 m深度范圍內(nèi)電阻率值較上層升高，電阻率值約為10～50 Ω·m，電阻率等值線橫向分布較均勻，分析該區(qū)域巖土體電性橫向差異較小，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為第四系風洪積黃土覆蓋層，孔隙水、裂隙水較發(fā)育。

②該段距地表11 m深度以下范圍，電阻率值較高，電阻率值約為50～220 Ω·m，電阻率等值線橫向分布較均勻，分析該區(qū)域巖土體電性顯各向同性，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為第四系風洪積黃土覆蓋層，土壤密實度高。

D132至D154段：

①該段地表深度以下約0～15 m范圍電阻率為低值，小于10 Ω·m，電阻率等值線呈半封閉低阻區(qū)，分析該段淺部為第四系風洪積黃土覆蓋層，推測由于頂層窯洞坍塌充水所致；深部為第四系風洪積黃土覆蓋層，推測由于底層窯洞坍塌充水所致。

②該段地表深度15～26 m范圍內(nèi)電阻率值較上部有所抬升，電阻率等值線呈低阻條帶橫向延伸，約為10～50 Ω·m，電性變化明顯，分析該段為第四系風洪積黃土覆蓋層，孔隙水、裂隙水較發(fā)育。

③該段地表深度26 m以下范圍電阻率值較上部有明顯抬升，電阻率值約為50～220 Ω·m，電阻率等值線整體呈弧形分布，結(jié)合地質(zhì)資料，分析該區(qū)域為第四系風洪積黃土覆蓋層，土壤密實度高，受上部充水區(qū)影響，電阻率值較兩側(cè)明顯偏低。

D154至D172段：

①該段3.7～8.7 m深度范圍內(nèi)電阻率值較上層升高，電阻率值約為10～50 Ω·m，電阻率等值線橫向分布較均勻，但在大號端有下降趨勢，分析該區(qū)域巖土體電性橫向差異較小，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為第四系風洪積黃土覆蓋層，孔隙水、裂隙水較發(fā)育。

②該段距地表8.7 m深度以下范圍，電阻率值較高，電阻率值約為50～220 Ω·m，電阻率等值線橫向分布較均勻，在大號端有下降趨勢，分析該區(qū)域巖土體電性顯各向同性，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該區(qū)為第四系風洪積黃土覆蓋層，土壤密實度高。

5 結(jié) 論

1)本文通過對巖土工程勘察中的實例的分析研究，結(jié)合電阻率反演斷面圖，可以大致圈定采空區(qū)及低阻異常區(qū)的范圍及埋深等要素。實例一查明了巖體完整性界限及巖體的富水程度。查明破碎帶兩處；實例二查明了坍塌窯洞的上頂板埋深及空間展布情況，從而為后續(xù)工程施工提供翔實的資料。

2)在資料處理與解釋過程中，采取了濾波、反演等相應的技術手段和措施，進行了大量的分析對比工作，確保了異常的可靠性。

3)在深度校正使用線性系數(shù)插值法，能較好地與鉆探地質(zhì)剖面對應，得到的異常深度與實際情況完全相符。

綜上所述，瞬變電磁法大電流、多匝小回線重疊裝置在地形條件受限或游離電場影響區(qū)具有獨特的優(yōu)勢，具有廣泛的應用前景。隨著該方法設備的進一步研究發(fā)展，瞬變電磁的這種小回線大電流工作方式將會在更多的工程領域得到應用。