時間域瞬變電磁法在地質(zhì)勘查中的應用研

楊君升

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

關(guān)鍵詞:時間域瞬變電磁法地質(zhì)勘查

中圖分類號:P631 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098x(2012)05(a)-0087-01

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,科學技術(shù)發(fā)展水平的不斷提高,在地質(zhì)勘察工作之中,也開始出現(xiàn)了各種各樣的新技術(shù)。在一些工程建設之中,需要對深層的地質(zhì)進行勘查,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。為適應對于深層地質(zhì)勘查的需求(比如對地下暗河的勘查),優(yōu)先發(fā)展具有高分辨率、大探測度的新方法已經(jīng)成為了當前的地質(zhì)勘查領(lǐng)域的一個重大課題。時間域瞬變電磁法是一種時間域的人工源地球物理電磁感應探測方法,它能夠有效的加大勘探的深度,而且分辨能力較強,工作效率較高,受地形的影響相對較小,近年來在劃分地層結(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中涉及到的各種地質(zhì)問題的科學。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,客觀評價工程地區(qū)內(nèi)的各種地質(zhì)問題,預測建筑工程過程中可能出現(xiàn)的地質(zhì)條件的變化以及對建筑工程的影響,選擇最優(yōu)的施工地點,并對針對施工地區(qū)的不良地質(zhì)問題提供解決方案,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、物理化學與力學性質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)以及對建筑工程穩(wěn)定性等方面可能造成的影響,對巖土進行工程地質(zhì)分類,在此基礎上改善巖土的建筑性能。在過去的工程勘察工作當中,很多方法都沒有結(jié)合施工需要以及基礎設計綜合評價地下水對巖土工程的具體影響甚至危害。而目前經(jīng)常運用的是時間域瞬變電磁法。

時間域瞬變電磁法又稱之為瞬變電磁法,簡稱為(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,然后地下的導電地質(zhì)在脈沖磁場的激發(fā)之下,感應出渦流,并且根據(jù)渦流的大小來判別地質(zhì)體的導電程度,從而在空間形成二次瞬變磁場。第一次脈沖磁場隨著脈沖電流的關(guān)斷而會出現(xiàn)崩潰,但是第二次瞬變磁場卻不會立即消失,而會有一個衰減的過程,這個衰減的過程是按照時間指數(shù)的規(guī)律遞變的。因此,根據(jù)第二次渦流場能夠?qū)щ婓w的規(guī)模、產(chǎn)狀以及電性進行判別,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法實現(xiàn)的重疊裝置工作,實現(xiàn)域探測的地質(zhì)體的最佳耦合,而且能夠得到異常幅度相對較大,形態(tài)簡單并且受到旁側(cè)的影響相對較小的探測結(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,即基于導電介質(zhì)的階躍變化的激勵磁場激化作用之下引發(fā)的渦流場的問題。

2 時間域瞬變電磁法在某工程地下暗河勘查中的應用

2.1 技術(shù)資料

本次運用時間域瞬變電磁法對某工程進行地下暗河的勘查,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1KM的地下介質(zhì)情況,采用50-200A的供電,其回線變長為13-26m,采樣間隔為1-4納秒,能夠滿足本次的地質(zhì)勘查的實際需求。最佳裝置以及采樣間隔的選擇,通過與鉆孔資料對比的工作來進行分析確定。對獲得的數(shù)據(jù),采用中心回線瞬變電磁2.5維全自動反演解釋軟件包來進行處理,能夠在現(xiàn)場得出基本資料的初步解釋。

2.2 實際勘察

某工程位于我國湖南省永州市南部,其邊緣地帶為第四系的松散層覆蓋,地勢相對較為平坦。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)過對其進行的常規(guī)電測勘查可以發(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。

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

TEM斷面下部的5Ω·m-8Ω·m的視電阻率等值線在2號點以及3號點之間開始呈現(xiàn)出了臺階式變化,這說明剖面南北兩側(cè)具有較大的電性差異,我們推測這應該是斷層的錯棟的基底巖性轉(zhuǎn)換出現(xiàn)的異常情況。TEM斷面中部也出現(xiàn)了兩個層位的不同,其視電阻率值>9Ω·m的相對高阻異常區(qū)域。在剖面的南端,異常區(qū)相對埋藏深度較小,這與往常探知的第三系上部含水的砂與粘土互層對應,而異常處于電測深曲線的O型部位。在剖面的北段,異常區(qū)域磁場相對較深,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)測井以及鉆探的結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)在1號井以及2號井的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超過了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)了少量的含水細砂層,這屬于第三系的承壓水。在3號井的200m深處并沒有能夠揭穿第四系,鉆孔深達100m左右的時候,單井每小時涌水量達到了80m3,可以斷定為第四系潛水。

3 結(jié)語

實踐證明,運用時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比較大,分辨能力也非常強,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。在某些工程建設之中,需要對一定深度的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行詳細的勘查,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。運用時間域瞬變電磁法能夠較好的解決這一問題。但是,由于地下暗河的勘查工作具有比較強的復雜性,而物探資料也具有多解性,這就需要我們從不同的角度來對異常情況進行綜合解釋分析,以提高勘查工作的準確性。

同時,這一方法與其他的方法對比分析的結(jié)果表明,運用CUGTEM-2001型的瞬變電磁儀進行勘查還存在兩個方面的問題需要解決,其一是勘查的成果對于淺部底層信息的壓制范圍相對偏大;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。

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