瞬變電磁法在工程場地地震安全性評價中的應(yīng)用

王立會，林承灝，梁久亮

（安徽省地震局，安徽合肥230031）

瞬變電磁法在工程場地地震安全性評價中的應(yīng)用

王立會*，林承灝，梁久亮

（安徽省地震局，安徽合肥230031）

介紹了瞬變電磁法的基本原理，并通過工程實(shí)例說明該方法應(yīng)用于工程場地地震安全性評價的可行性和有效性。探測成果表明，瞬變電磁法能夠取得良好的探測效果，特別適用于占地范圍小、電極接地條件差等其他物探方法難以實(shí)施的工程場地。

瞬變電磁法；工程場地；地震安全性評價

工程場地地震安全性評價工作需要對工程場地地震地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查，重點(diǎn)需要查明工程場地范圍內(nèi)是否存在隱伏斷裂。在場地隱伏斷裂勘察過程中，近年來比較常用的物探方法主要有反射波法地震勘探、高密度電法、瞬變電磁法等。眾所周知，每種物探方法都有其自身優(yōu)缺點(diǎn)，具體采用哪種方法，由工作經(jīng)費(fèi)、場地地質(zhì)條件、地表施工條件以及技術(shù)裝備等諸多因素決定。其中，瞬變電磁法（TEM）由于采用不接地回線，對場地地表?xiàng)l件要求不高，收發(fā)裝置靈活多變，施工快速便利，與其他方法相比具有明顯的優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘察、水文與工程地質(zhì)、隱伏斷裂探測等物探工作的各個領(lǐng)域。

1 瞬變電磁法探測原理

瞬變電磁法是以不接地回線或接地長導(dǎo)線供以雙極性脈沖電流產(chǎn)生激發(fā)電磁場（圖1a），在該電磁場的激勵下，導(dǎo)電地質(zhì)體受感應(yīng)而產(chǎn)生渦旋電流。由于導(dǎo)電地質(zhì)體是非線性的，所以脈沖電流從峰值躍變到零，一次磁場立即消失，而渦流并不立即消失，有一個瞬變過程，這個過程的快慢與導(dǎo)體的電性參數(shù)有關(guān)。地質(zhì)體的導(dǎo)電性愈好，渦流的熱耗損愈小，瞬變過程則愈長。這種渦流瞬變過程，在空間形成相應(yīng)的瞬變磁場（圖1c），脈沖電流關(guān)斷期間在地面觀測瞬變磁場，即觀測二次磁場（圖1b），就可發(fā)現(xiàn)地下異常地質(zhì)體的存在，從而確定地下導(dǎo)體的電性結(jié)構(gòu)和空間分布形態(tài)。

圖1 瞬變電磁法原理示意圖

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

安徽省合肥市某工程場地占地約100m×250m，主要擬建1幢22層辦公樓、2幢3層商業(yè)樓。工程場地為拆遷場地，地貌單元屬江淮波狀平原，微地貌為一級階地。鉆孔資料揭示，場地第四系覆蓋層主要由雜填土、粘土、細(xì)砂、粉質(zhì)粘土、粉土夾砂等地質(zhì)層位組成，下伏基巖為古近系泥質(zhì)砂巖，中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖頂界面埋深一般在40m左右。

該工程場地為拆遷場地，地表建筑垃圾分布廣泛，電極接地條件不好，場地占地范圍也不大。在開展該工程場地地震安全性評價工作過程中，為查明工程場地范圍內(nèi)是否存在隱伏斷裂，許多物探方法因受場地條件限制難以實(shí)施，例如，高密度電法因電極接地條件差、測線長度短等因素制約，難以取得理想的探測效果；淺層地震勘探因測線長度短、檢波器埋置效果差、施工復(fù)雜、費(fèi)用高，工作開展難度較大。然而，瞬變電磁法能在小范圍內(nèi)布設(shè)不接地回線，完成電磁測深和剖面測量工作，從而避開場地條件限制。因此，采用瞬變電磁法作為一種先行方法來判斷工程場地是否存在斷裂較為經(jīng)濟(jì)、適宜。

2.2 數(shù)據(jù)采集與處理

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集采用驕鵬科技(北京)有限公司生產(chǎn)的EMT1000型TEM信號發(fā)射機(jī)和EM3W多功能電磁采集系統(tǒng)。測試前先確定裝置形式為中心回線并布設(shè)發(fā)射線圈，對其進(jìn)行供電。使用GPS定位同步發(fā)射機(jī)和采集接收機(jī)，利用不接地回線接收二次場信號。發(fā)射線圈和接收線圈沿測線方向同步移動，同時完成瞬變電磁測深和剖面測量工作。

本次工作在工程場地內(nèi)共布設(shè)2條基本呈正交分布的測線，測線編號設(shè)為TEM1和TEM2，測線位置如圖2所示。具體測量參數(shù)為：點(diǎn)距5m、發(fā)射頻率25Hz、供電電流8.0A、疊加次數(shù)64次、發(fā)射線圈10m×10m單匝、接收線圈等效面積100m2，測線長度分別為100m和250m。

數(shù)據(jù)處理采用儀器配套處理軟件——GeoPen-TEM瞬變電磁處理軟件，經(jīng)數(shù)據(jù)讀取、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)編輯、定義測線、繪制電阻率-深度剖面等步驟，得出2條測線的探測成果，如圖3和圖4所示。

2.3 成果解釋

由圖3與圖4中的電阻率等值線圖結(jié)合場地鉆孔地質(zhì)資料分析如下：

圖2 瞬變電磁法測線布設(shè)位置示意圖

圖3 TEM1線電阻率-深度等值線圖

圖4 TEM2線電阻率-深度等值線圖

（1）地表以下10m內(nèi)基本為探測盲區(qū)，10m以下區(qū)域電性分布具有明顯的規(guī)律性，主要表現(xiàn)為隨著深度的增加，電阻率等值線值由低到高呈線性增大，在深度約40m存在電阻率等值線密集變化帶，表明該深度范圍電阻率變化較劇烈，存在明顯的電性分界面，結(jié)合鉆孔資料，推測該界面為中風(fēng)化巖層的頂界面。

（2）TEM1和TEM2深度剖面基本反映了上部覆蓋層及其下部基巖層的電性分布特征，兩者電阻率曲線橫向分布具有相似特征，即橫向分布平穩(wěn)，總體呈水平層狀分布，展布連續(xù)。上述特征表明淺部覆蓋層及其下部基巖層電性均勻，地層分布穩(wěn)定，未受明顯的構(gòu)造擾動影響。

（3）由圖2表示場地內(nèi)測線TEM1和TEM2呈正交分布，其對應(yīng)電阻率剖面變化特征相似，具有明顯規(guī)律性，推測場地內(nèi)地層垂向分布連續(xù)，橫向水平分布穩(wěn)定，未有明顯電性扭曲、梯度異常等現(xiàn)象存在，表明工程場地范圍內(nèi)地層分布穩(wěn)定、無隱伏斷裂通過。

3 結(jié)論

通過工程實(shí)例分析瞬變電磁法在工程場地地震安全性評價中的實(shí)際應(yīng)用效果，可以得出以下結(jié)論：

（1）瞬變電磁法野外數(shù)據(jù)采集可通過布設(shè)不接地發(fā)射回線，利用接收回線記錄隨時間變化的二次磁場信號，再通過專業(yè)軟件，計算得到電阻率—深度等值線剖面。該方法具有施工簡便、受場地條件限制小、可較準(zhǔn)確地劃分地層結(jié)構(gòu)與隱伏構(gòu)造等優(yōu)點(diǎn)，在探測是否存在隱伏斷裂方面具有較好的可行性和有效性。

（2）在工程場地地震安全性評價工作中，物探方法主要用來查明工程場地范圍內(nèi)是否存在隱伏斷裂，并且大多數(shù)工程場址一般不存在隱伏斷裂。因此，瞬變電磁法作為一種先行方法在工程場地地震安全性評價工作中不失為一種經(jīng)濟(jì)、快捷并行之有效的物探方法。相比其他物探方法，瞬變電磁法特別適用于場地范圍小、地表接地條件差等其他物探方法難以實(shí)施的工程場地。

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圖1 斷層在地震時間剖面上的反映

本區(qū)煤層總體上表現(xiàn)為一向南西傾斜的單斜構(gòu)造，東北淺西南深，地層傾角小于5°，產(chǎn)狀平緩。沿走向、傾向地層產(chǎn)狀變化較小。其中3-1煤層的底板標(biāo)高為740～890m，4-1煤層的底板標(biāo)高為700～860m，5-1煤層的底板標(biāo)高為680～820m，5-2煤層的底板標(biāo)高為660～810m，6-1煤層的底板標(biāo)高為625～795m， 6-2煤層的底板標(biāo)高為625～765m。在此基礎(chǔ)上發(fā)育有走向近NW向、NWW向的斷層和寬緩的波狀起伏。

根據(jù)三維地震勘探成果，煤礦及時調(diào)整了巷道和工作面的布置。現(xiàn)在根據(jù)巷道揭露情況，三維地震勘探解釋的DF4斷層的到了驗(yàn)證，為后續(xù)的生產(chǎn)提供了指導(dǎo)作用。

4 結(jié)論

通過三維地震勘探技術(shù)在鄂爾多斯盆地煤田中的應(yīng)用實(shí)踐，在野外施工時采取合理的施工參數(shù)、現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控處理等技術(shù)手段，室內(nèi)經(jīng)一系列精細(xì)資料處理和人機(jī)交互輔助解釋系統(tǒng)對比解釋，可以解決煤礦采區(qū)煤層的賦存形態(tài)、斷層、無煤區(qū)等其它地質(zhì)異常等問題。三維地震勘探成果良好，為煤礦安全成產(chǎn)提供可靠保障，值得推廣，應(yīng)用前景廣闊[1]。

參考文獻(xiàn)：

[1]張廣忠,郭恩惠,朱書階,朱紅娟.沙漠區(qū)超淺層三維地震勘探[J].煤田地質(zhì)與勘探,2003,31(5):54-56.

P631.3

B

1004-5716(2015)08-0115-03

2015-01-12

2015-01-13

王立會（1982-），男（漢族），江蘇鹽城人，工程師，現(xiàn)從事地球物理勘探、地震安全性評價等方面的工作。