瞬變電磁法在地球物理勘探中的應(yīng)用

周喜軍

（1.江蘇有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007；2.納米比亞華東有色投資有限公司，江蘇 南京 210007）

瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。通過測量斷電后各個(gè)時(shí)間段的二次場隨時(shí)間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征[1]。該方法觀測純二次場，分辨率較高，尤其對(duì)低阻異常反應(yīng)敏感。隨著瞬變電磁勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用到金屬礦產(chǎn)勘查、油氣勘探、工程勘查、考古探測、煤田勘探等諸多多領(lǐng)域，成為地球物理勘探的首選方法之一。

1 瞬變電磁法的原理

瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method，簡稱TEM）在地球物理探測中發(fā)揮著巨大的作用，其主要工作原理，在地面以及井下將一定波形電流的發(fā)射線圈進(jìn)行設(shè)置，由此使磁場于其周圍空間位置上產(chǎn)生，同時(shí)讓感應(yīng)電流產(chǎn)生于地下到點(diǎn)礦體內(nèi)。感應(yīng)電流隨著斷電而出現(xiàn)熱損耗，并在不同時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)為不同的衰減程度。高頻成分的電磁場主要出現(xiàn)在早期階段，具有非?？斓乃p性，通常沒有較大的趨膚深度；低頻率成分的電磁場主要出現(xiàn)在晚期階段，這些電磁場具有非常慢的衰減率，同時(shí)具有較大的趨膚深度。借以對(duì)斷電之后各期次二次場的變化情況進(jìn)行測量，能夠獲知地電特征在各深度上的變化。

2 瞬變電磁法的應(yīng)用

2.1 工程物探中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，瞬變電磁法也得到了非常廣泛的應(yīng)用，如建設(shè)隧道的過程中，利用該方法，能夠很好的預(yù)測和預(yù)報(bào)挖掘方向及頂板水情況。借以瞬變電磁法能夠?qū)Ω鞣N公路建設(shè)以建筑工程建設(shè)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行有效解決，因此該方法在一些工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮著巨大的作用。

2.2 瞬變電磁法在海洋中的應(yīng)用

海洋在地球上有著非常廣遨的面積，同時(shí)很多礦產(chǎn)資源都蘊(yùn)含于海底，如天然氣資源以及石油等。再對(duì)這些資源進(jìn)行探測的過程中，通常會(huì)使用地震勘探法。近年來瞬變電磁法在海底資源的勘查中發(fā)揮了巨大的作用，不僅操作起來十分簡單，而且具有非常強(qiáng)的適應(yīng)性，可以對(duì)探測區(qū)域開展廣泛的探測活動(dòng)，而且精確度非常高。

2.3 瞬變電磁法在水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

該方法在實(shí)施過程中，通過將回線布設(shè)于地面，并給發(fā)送回線上供一個(gè)電流脈沖方波，在其下降過程中，瞬間再有一次磁場向地下進(jìn)行傳播，地質(zhì)體由于該磁場的極力作用，形成不同導(dǎo)電的渦流，這一渦流于一次場消失后，不會(huì)快速的消失，而是逐漸的進(jìn)行衰減，在此階段的地表位置，又有二次場進(jìn)行傳播，并被接收回線進(jìn)行接收，地質(zhì)體在地下的電性特征便可通過二次場進(jìn)行反映。依照延遲時(shí)間的不同，便可對(duì)二次感生電動(dòng)勢V（t）進(jìn)行測量，便能將不同時(shí)間下二次磁場的曲線特性給反映出來。倘若無良導(dǎo)體存在于地下，就會(huì)表現(xiàn)出快速衰減的特征。而又良導(dǎo)體存在時(shí)，出現(xiàn)漸變的衰減過程，繼而探測到地下導(dǎo)體的位置。

2.4 瞬變電磁法在某工程地下暗河勘查中的應(yīng)用實(shí)例

（1）技術(shù)資料。通過瞬變電磁法的應(yīng)用，對(duì)某工程地下暗河進(jìn)行勘探，運(yùn)用中心回線裝置的瞬變電磁儀，該儀器可以對(duì)1km深度的地下介質(zhì)進(jìn)行探測，供電為50A～200A，13m～26m的回線變長，每1納秒～4納秒進(jìn)行一次采樣，符合此次工作的需要。同時(shí)利用鉆孔資料對(duì)此次探查工作的采樣間隔以及最佳裝置進(jìn)行確定。借以中心回線瞬變電磁2.5維全自動(dòng)反演解釋軟件包對(duì)所采集的數(shù)據(jù)予以處理，可以初步的解釋實(shí)際工作中的探測資料。

（2）實(shí)際勘查。工程所在區(qū)域主要覆蓋松散的第四系地層，地勢比較平緩。含泥砂礫舒雅分布于第四系巖性之上，含砂礫以及亞砂土分布于下部位置，通過相關(guān)勘查資料，砂質(zhì)泥巖以及泥巖共同構(gòu)成的第三系地層是第四系下伏地層的主要巖性特征。通過電勘查手段發(fā)現(xiàn)隱伏斷裂構(gòu)造存在與該區(qū)的北西方向上，同時(shí)局部增高的基底電阻率的第三系存在于斷層西南側(cè)區(qū)域上。通過TEM展開工程區(qū)域內(nèi)的供水情況的探測工作，將TEM勘測剖面布設(shè)于前面的電測深剖面周圍。第三系上部含水層，異常主要分布在電測深曲線的O型位置。而分布于北側(cè)的異常，具有非常深的磁場特征，地下水埋藏特征與該異常反應(yīng)一致，通過這些可以將工程區(qū)域的含水地質(zhì)體分布情況進(jìn)行充分反映出來。

圖1 瞬變電磁法視電阻率斷面圖

依照鉆探和測井分析，能夠?qū)?、2號(hào)井50m～60m的第四系地層給揭穿，水位多在20m的深度上分布，可達(dá)100m3/時(shí)的單井涌水量，在150m以上的第三系中分布著大量的含水層，而含水細(xì)沙層主要分布于該范圍以下，為第三系承壓水。未對(duì)3號(hào)井200m深度的第四系進(jìn)行揭穿，在100m鉆孔深度時(shí)，出現(xiàn)了80m3/時(shí)的單井涌水量，判斷屬于第四性潛水。

3 結(jié)語

在2-3號(hào)點(diǎn)位上TEM斷面下部的5Ω·m～8Ω·m的視電阻率等值線呈現(xiàn)臺(tái)階式變化特點(diǎn)，提示電性差異在剖面的南北側(cè)區(qū)域上有著很大的差異性，據(jù)此認(rèn)為此處應(yīng)為斷層錯(cuò)動(dòng)基地巖性所反應(yīng)的變化特征（圖1）。同時(shí)有兩個(gè)不同層位異常在TEM斷面中部位置非常明顯。分布于坡面南側(cè)區(qū)域上的異常具有較大的埋藏深度，反應(yīng)砂與粘土共同組成的

同時(shí)對(duì)瞬變電磁法的應(yīng)用實(shí)踐，證明該方法在水文地質(zhì)探測中有著十分重要的意義，不僅勘查工作效率高、范圍廣，而且探查精度高，操作起來非常方便。在勘查工作中應(yīng)當(dāng)大力推廣應(yīng)當(dāng)大力推行此方法。尤其是在地下水文地質(zhì)勘查中，瞬變電磁法的應(yīng)用，發(fā)揮著巨大的作用。能夠進(jìn)行較大深度的探查工作，而且具有非常強(qiáng)的分辨能力，不會(huì)受到地形地勢的影響，勘查結(jié)果精準(zhǔn)有效，大大提升了勘查效率，滿足了工程地下水文地質(zhì)探測工作的需要，能為水文地質(zhì)的勘探提供非常有參考意義的調(diào)查線索。