小回線裝置TEM 法在病害地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

畢明麗BI Ming-li

（長春工程學(xué)院，長春 130000）

（Changchun Institute of Technology，Changchun 130000，China）

0 引言

近年來，瞬變電磁法（TEM）作為電磁勘察方法中最常用的一種，其主要是利用一定波形的電流場激發(fā)，在一次場斷電后對二次場隨時間的衰減特性進(jìn)行密切觀測。瞬變電磁法（TEM）因其具有較多優(yōu)點，如隨機(jī)干擾小、低阻體靈敏度高、體積效應(yīng)小、縱橫向分辨能力高、操作簡單、工效高等，在地質(zhì)勘測中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著病害地質(zhì)情況的增加，將瞬變電磁法（TEM）應(yīng)用于此，能有效地防止災(zāi)害的發(fā)生。本文就小回線裝置TEM 法在病害地質(zhì)勘察中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，并提出了采用5m 邊長中心裝置回線對800m 深地質(zhì)進(jìn)行勘察，實現(xiàn)了小回線探測大深度，擴(kuò)大了TEM 法的勘察范圍。

1 瞬變電磁法TEM 概述

目前，我國各項工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速，對能源的過度開發(fā)勢必會引起地質(zhì)的病害情況發(fā)生，尤其是對于煤礦、工程建設(shè)等需要對地質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格勘察的工程。瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）是一種時間域電磁法勘察技術(shù)，其主要原理是在基于下巖礦石的導(dǎo)磁性和導(dǎo)電性差異基礎(chǔ)上，對地下電磁場時間和分布規(guī)律采用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行觀測和研究，從而實現(xiàn)尋找地下良導(dǎo)電性礦體和有效解決地質(zhì)問題的目標(biāo)。瞬變電磁法具有諸多優(yōu)點，比如通過多次脈沖激發(fā)，場的重復(fù)測量疊加，能有效地提高信噪比和觀測進(jìn)度；人工源方法能壓制隨機(jī)干擾，穿透高阻層能力較強(qiáng)；不同觀測時間窗口的選擇，其獲取的探測深度不同。

當(dāng)其他條件固定不變時，其頻率f 主要決定了人工源頻率域電磁勘測的深度；其二次衰減時間t 決定了時間域TEM 法探測深度。在1989年有人提出電磁法的理論，在某一頻率或者時間內(nèi)首先對地下異常物進(jìn)行勘測，這往往取決于異常體的埋深和上覆地層的平均電阻率，人工源、接收形式以及它們的距離通常與其無關(guān)。在對病害地質(zhì)實際勘察中，為獲取足夠強(qiáng)的信號，可以采用不同大小回線進(jìn)行測試。如Spies 提出的：探測到信號與否往往與探測儀器的精度、靈敏度以及信號強(qiáng)度、環(huán)境噪音密切相關(guān)，這些因素同樣影響著觀測系統(tǒng)。對TEM 法而言，若想獲得預(yù)期的有效信號，擴(kuò)大勘察的應(yīng)用范圍，就必須改變裝置，可以采用小回線大電流的方式，以此提升發(fā)射磁偶極矩，通過接收線圈匝數(shù)的增加，以此提高裝置的靈敏度。只有確保這兩方面的正常，才能有足夠的二次場衰減信號以供采集，從而增加勘察深度。

2 實際應(yīng)用

近年來，對小回線裝置瞬變電磁法TEM 對更大深度地質(zhì)的勘察研究是地質(zhì)部門和全社會共同關(guān)注的課題。根據(jù)增大發(fā)射線圈電流和提高接收探頭靈敏度的理論，采用中心小回線裝置進(jìn)行地質(zhì)勘察，經(jīng)實踐證明均取得了良好的勘察效果，對維護(hù)工程的穩(wěn)定性奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.1 對門頭溝地區(qū)的煤礦進(jìn)行勘察，由于周圍建筑物較為密集，需要采用回線邊長5m 的TEM 法，通過高分辨電法與其對比和打鉆驗證，探測有效深度高達(dá)150m 以上，其打鉆驗證成功率高達(dá)80%。后續(xù)對四川、云南、湖南等地區(qū)的公路隧道進(jìn)行探測，其探測深度在800m 左右，并取得了良好的地質(zhì)勘察效果。對云南某地區(qū)進(jìn)行TEM法勘察，采用回線邊長5m，探測深度300m，地層電性顯示在剖面起點50m 處有一斷層，300m 處有一130m 深的出水點，主要為低阻巖溶發(fā)育帶區(qū)域。

2.2 對重慶某地區(qū)公路隧道地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測，由于該地區(qū)地形起伏較大、坡陡林密，若想對埋深較大的地質(zhì)進(jìn)行探測，不宜選擇合適的便捷物探方法。因此可以采用小回線5m 的瞬變電磁法，根據(jù)地層界面階梯起伏的情況推斷該地質(zhì)有5 條斷層。

2.3 南方某地區(qū)邊坡基巖為石灰?guī)r，坡度較陡，物探施工存在較大的難度。采用中心小回線裝置瞬變電磁法探測比較方便，順著邊坡走向布線，可以看出在地下30m 左右處有一明顯的低阻帶，由于在測線100m 處有斷續(xù)的塌陷，初步分析該低阻帶應(yīng)該是充水充泥巖溶帶。

2.4 湖南某公路隧道地貌低矮石林、地質(zhì)為白云質(zhì)灰?guī)r山，且其表面高阻部分存在大量的風(fēng)化灰?guī)r塊體，下面低阻帶是泥質(zhì)與風(fēng)化灰?guī)r碎塊的混合物。利用中心小發(fā)射回線裝置瞬變電磁法進(jìn)行探測，發(fā)現(xiàn)其測線280m 存在斷層，主要表現(xiàn)為X 形高阻條帶。同時在深100m 處有明顯的裂隙存在。

2.5 對某隧道風(fēng)化帶及構(gòu)造進(jìn)行探測，隧道經(jīng)過的地層，測線小于450m 為花崗巖，之后為片麻巖。采用小回線裝置TEM 法進(jìn)行探測，其表層為低阻風(fēng)化帶，更深部逐漸表現(xiàn)為高阻新鮮基巖。雖然花崗巖和片麻巖電阻率都顯示為高阻，但是穿插于它們的石英巖脈呈現(xiàn)更高的電阻率，在地面隱約可見。

2.6 在對煤礦積水采空區(qū)進(jìn)行勘測，由于本區(qū)地貌呈現(xiàn)高原侵蝕性丘陵，地形縱橫切割，地表起伏較大，基巖裸露、植被稀少，其地下水主要為承壓水，含水層補給條件差。如果采用大回線有一定的難度，對各方面因素進(jìn)行綜合，采用小回線裝置TEM 法，電流為6A，頻率為6.25Hz。對探測結(jié)果分析，垂直地面方向探測，主要反映了136m深度范圍內(nèi)的電性變化，斷層中部電阻率相對較高，其深部電阻率相對較低，主要是由于近場區(qū)和關(guān)斷效應(yīng)的影響。本區(qū)西側(cè)邊界60m 范圍內(nèi)的低阻異常區(qū)有積水，富水性一般。通過井下鉆探放水試驗進(jìn)行驗證，其含水區(qū)范圍和水量與TEM 法結(jié)果差別不大。

3 結(jié)束語

由于煤巷、隧道地形地貌較為復(fù)雜，如果采用大回線TEM 法進(jìn)行勘察存在一定的困難。小回線裝置TEM 法具有操作簡單、工效高、分辨能力高等優(yōu)勢，提升了對復(fù)雜地區(qū)病害地質(zhì)勘察的準(zhǔn)確性和方便性，同時為隧道、巷道中超前探測更深距離奠定了基礎(chǔ)，擴(kuò)大了探測范圍，解決了小回線勘察不同深度病害地質(zhì)問題。

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