電法勘探在水文和工程地質(zhì)中的應(yīng)用

陽少天

（湖南省有色地質(zhì)勘查研究院，湖南 長沙 410015）

一、電法勘探在水文和工程地質(zhì)中應(yīng)用概況

我國的經(jīng)濟自改革開放以來發(fā)展迅速。尤其在資源的需求上日益劇增，無論對金屬還是能源都具有較強的依賴性。中國作為一個能源消耗的大國，能夠滿足國民對資源的需求已然成為中國經(jīng)濟發(fā)展的一個重要的課題，同樣資源的勘探也成為了經(jīng)濟發(fā)展的重點和基礎(chǔ)，與此同時，它還能夠帶動我國對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究進步。所以勘探技術(shù)的優(yōu)越性越來越能夠影響到我們的生活。遇到水文、地質(zhì)災(zāi)害時，利用勘探技術(shù)是必不可少的，我國的經(jīng)濟建設(shè)和整個社會的發(fā)展與勘探技術(shù)息息相關(guān)。

在科技不斷進步的今天，電子計算機在不斷地發(fā)展為電法勘探的技術(shù)提供了良好的保障。目前電法勘探是勘探工作的一個重要組成部分，對國家的經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展起著重要的作用。

二、電法勘探技術(shù)——瞬間變電法

在世界的范圍內(nèi)，電法勘探的運用已經(jīng)十分廣泛。在我國，對電法勘探的研究雖然起步較晚，但是經(jīng)過幾十年的不懈努力，我國對電法勘探的應(yīng)用與研究的發(fā)展越來越趨向完善，如輪是操作技術(shù)，還是理論知識，都有著相當明顯的進步。目前，我國的電法勘探技術(shù)和設(shè)備趨向成熟和完善。接下來就要介紹幾種常用的電法勘探技術(shù)類型。

（一）瞬變電磁法技術(shù)概述

這種方法主要是通過讓不接地回線或者是接地電線源朝著地下放射出一次脈沖磁場，從而能夠探測到介質(zhì)的電阻率。它的主要運用原理是在空中或是地面設(shè)置發(fā)射點線圈，引起磁場感應(yīng)，從而與地下的土質(zhì)層產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種方式能夠?qū)Φ刭|(zhì)的特性進行較好的判斷和檢測。

對這種方法總結(jié)的優(yōu)點有四點：第一，它的工作效率較高，工作時間短且能夠較好地完成數(shù)據(jù)的記錄和傳送等。第二，它的工作過程不易受到地形地勢的影響，且在勘探地質(zhì)性能方面具有較強的靈敏性。第三，它在對地質(zhì)分辨方面具有較強的能力，不同的地質(zhì)會產(chǎn)生不同的磁場，通過這種方式進行勘探，能夠較為準確地進行分辨。第四，反饋的數(shù)據(jù)信息較為全面。它在勘探過程中對同一地質(zhì)下的不同地質(zhì)層進行全面勘探。

把同等深度的視電阻率的值標記在相應(yīng)的檢測點上構(gòu)成平面圖形，可以有效對某一深度巖層橫向電性的變化特性反映。出現(xiàn)煤層區(qū)域測試地面呈現(xiàn)出非平面的形態(tài)，平面圖所顯示的等值線對煤層底板周圍的電性變化不能明確地反映。地震勘探就是要對煤層底板周圍的測量等高線給予一定的解釋，可以將煤層底板和其深度對應(yīng)的電阻率在測試點處進行標記，制作的效果如圖一。平面圖可以對煤層底板對應(yīng)深度中的電阻率值的相對大小以及異常情況進行反映，有效突出關(guān)于二維、三維地點異常體的反映特征。瞬間變電法將水文物勘探的精度和高度又進一步地進行提升，并加強了勘探的效果。

圖一

瞬間變電法為煤礦的四采區(qū)的布置合理上以及編制采區(qū)治水防水方面提供了理論基礎(chǔ)，在煤炭的資源安全回采處理上提供有效的地質(zhì)資料。

三、瞬間變電法的施工技術(shù)研究

（一）裝置形式

瞬間變電法中的勘探裝置主要有發(fā)射回線和接受回線，一般情況下在地面使用的勘探測量裝置有：①分離回線裝置，也可稱為偶極裝置，接受回線和發(fā)射回線需要保持一定的距離，兩個回線的尺寸既可以保持一致，也可以不一致；②同點回線裝置，這個裝置是根據(jù)接受線圈和發(fā)射線圈的位置差異來運行的，這個裝置又可以分為重疊回線和中心回線兩個方面；③框一回線裝置，可成為大回線定源裝置，發(fā)射回線使用的是長達數(shù)百米的矩形回線，測線布置在回線的內(nèi)外，利用探頭或者小型線圈來進行沿線觀測。

中心回線裝置使用較為輕便的小型接收器安置在發(fā)射回線中心進行觀測，設(shè)備裝置和探測的對象能夠達到完美的結(jié)合，具體表現(xiàn)為地電幅度大、形態(tài)簡單、不易受旁物干擾且橫向的分辨率較高。在瞬間變電法里使用最為廣泛的裝置就是中心回線裝置。不過它也存在一定的缺點，發(fā)射回線的邊長越長，野外施工的困難就會加大。工作裝置需要從工作需求、勘探的目的以及施工的環(huán)境條件等因素來綜合考慮。比如地下勘探的深度在幾百米，這就需要較高的分辨率，使用裝置上可以采用同點回線裝置。隨著發(fā)射回線和接受回線的數(shù)值不斷加大，其接受的信號強度也再不斷加強，還可以延續(xù)信號的顯示實踐，對進一步更深層次地區(qū)的勘探很有幫助。但是由于二者的使用會讓野外勘探的難度加大，勘探體積效應(yīng)不斷地加大，橫向分辨里會相應(yīng)降低，所以，預(yù)定勘探深度要得到保證，并且最好選擇長度較小的回線。

目前煤炭地區(qū)地質(zhì)勘探的瞬間變電法主要運用的裝置有中心回線裝置、 重疊回線裝置、以及大回線定源裝置。

（二） 測網(wǎng)布置

通常情況下，裝置所采用的形式能夠?qū)W(wǎng)度造成一定影響，勘探中對分辨率高低的要求也會決定網(wǎng)度的大小。在三維地震勘探測區(qū)，需要同時要根據(jù)三維地震勘探CDP網(wǎng)格大小來進一步確定回線的邊長以及側(cè)線的點距、線距。中心回線的裝置形式以及重疊回線裝置形式，一般情況下，回線是落在四個地震的側(cè)線上，這樣能夠有利于野外測點和邊框位置的確定，從而節(jié)約消耗，提高工作的效率。利用滾動式的測量方法，根據(jù)圖二所示，在測量8—2測點(其回線四邊為A1，B，C，D)與此同時，要對下一個監(jiān)測點所對應(yīng)的前邊框進行鋪設(shè)。A。，A。，A。，…，8—3測點對應(yīng)A。8—4測點對應(yīng)A5.按照這個規(guī)律推算更多。這樣對下一個測點測量時可以只拖動在回線兩側(cè)邊框B,D對B,D的推動還可以采用滾動式。遇到不同的地震側(cè)線布置和地形測量問題，都可以利用此方法靈活應(yīng)用。

圖二

四、瞬間變電法的應(yīng)用成果

在水文和工程地質(zhì)勘查中取得了非常好的應(yīng)用效果，如楊文欽(2002)、張保祥(2002)、郁萬彩(2001)、蔣文(2004)等使用瞬變電磁法查明斷層及頂板砂巖的導(dǎo)水性及富水性、勘查地下水資源及界定地百水位、評價斷層空間位置及含水性和尋找地下含水構(gòu)造；劉繼東(1999)、李貅(2000)、袁江華(2002)、閻述(1999)等使 用瞬變電磁法探測煤柱及圈定老窯采空區(qū)、勘察煤田礦井涌水通道、探測小浪底水庫庫區(qū)煤礦采空區(qū)和探測地下洞體的存在：劉羽(1995)用瞬變電磁法評價塌陷成因及危害性、評價防滲帷幕穩(wěn)定性、探測高層建筑地基和評價大橋橋址穩(wěn)定性；郭玉松(1998)使用瞬變電磁法探測堤防工程隱患、勘查水庫壩址；薛國強(2003)使用瞬變電磁法探測公路隧道工程中的不良地質(zhì)構(gòu)造。

結(jié)語：電法勘探技術(shù)與我們生活中的各個領(lǐng)域息息相關(guān)，它的工作技術(shù)對許多工程項目都有著促進作用，且呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。我國的勘探技術(shù)和發(fā)達國家還存在一定的差距，需要不斷地努力進行完善。

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