瞬變電磁法在探測地下溶洞中的應(yīng)用解析

汪孝博

摘 要：地下溶洞主要是指地下水長期作用于灰?guī)r裂隙，從而使巖溶或者破碎帶發(fā)育的更加迅速，因此就形成地下溶洞。地下溶洞的形成會給建筑工程帶來極大的危害，因此我們需要對地下溶洞巖溶的分布和發(fā)育情況進行探測，根據(jù)巖溶與周圍介質(zhì)的不同來選擇不同的探測方法，本文以瞬變電磁法探測地下溶洞為例，為大家講述瞬變電磁法在探測地下溶洞中的應(yīng)用，希望對以后地下溶洞探測工作提供有利的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁法；地下溶洞探測；應(yīng)用解析

本文首先對溶洞的形成以及探測溶洞的方法進行簡單敘述，然后再著重說明瞬變電磁法的工作原理，最后再以瞬變電磁法在探測武漢溶洞為例，為大家說明瞬變電磁法在探測地下溶洞中的作用。

一、溶洞的形成和溶洞探測方法

溶洞的形成方法主要是由于灰?guī)r地區(qū)地下水長期進行溶蝕的結(jié)果。而在灰?guī)r中，灰?guī)r的電阻率要比其他的巖石的電阻率高，例如砂巖、泥巖、鋁土巖以及粘土巖等等。如果灰?guī)r內(nèi)部發(fā)育有溶洞或者是溶蝕帶，那么灰?guī)r的電阻率就會迅速增大，為溶洞的探測工作帶來很大的難度。溶洞和溶洞周圍的巖層是具有非常明顯的差異的，因此可以運用電測的方法對地下溶洞進行探測。在對溶洞進行探測的過程中用到很多的電測方法，例如地質(zhì)雷達、高密度電法以及瞬變電磁法等等，而今天我們主要講述的是瞬變電磁法在探測地下溶洞中的應(yīng)用。瞬變電磁法的運用主要有以下幾個特點：首先瞬變電磁法受地形的影響比較小，可以克服高阻屏蔽層的影響。其次瞬間電磁法受體積影響較小，在中橫向方向的分辨率比較高，并且施工方法簡單、速度快、并且頻率高，同時也有一個缺點，就是瞬變電磁法在探測地下采空區(qū)的時候只能測試出地面位置和范圍，不能進行深度的計算。所以，我們在運用瞬變電磁法來進行探測的時候，要根據(jù)探測地形的實際情況和具體的地質(zhì)情況來結(jié)合瞬變電磁法的使用特點進行探測。

二、瞬變電磁法的工作原理

瞬變電磁法簡稱TEM，屬于電磁感應(yīng)類中的一種探測方法，所以瞬變電磁法也遵循電磁感應(yīng)的工作原理，導(dǎo)電介質(zhì)在階躍變化的電磁場激發(fā)下產(chǎn)生渦流場效應(yīng)，然后利用一個不接地的回線或磁偶極子向地下發(fā)射脈沖電磁波作為激發(fā)場源，等到脈沖電磁波結(jié)束以后，探測目標(biāo)體或者大地就會在激發(fā)場的作用下，使得內(nèi)部產(chǎn)生感生渦流，而且這些渦流是具有空間特性和時間特性的，并且渦流的大小與目標(biāo)體的空間特征以及電性特征還有激發(fā)場特征等因素有關(guān)，并且會逐慢慢減弱最終直到消失。所以可以用專業(yè)的儀器來觀測這種渦流產(chǎn)生的電磁場的強弱還有空間分布特性以及時間特性等。磁場的強弱的本質(zhì)特征的決定因素是探測目標(biāo)的物理性質(zhì)以及賦存狀態(tài)，淺部地層地質(zhì)信息是由早期信號反映的，而晚期信號則反映出深部地層地質(zhì)信息。如果需要推測和解釋地層或地質(zhì)目標(biāo)體的幾何和物性特征則可以通過觀測和研究“二次場”的空間分布特性和時間特性來進行推測。

三、對瞬變電磁法在探測地下溶洞的應(yīng)用進行舉例說明

通過上文我們可以知道溶洞主要是由石灰?guī)r在水中長期溶蝕的結(jié)果，在工程的建設(shè)中，溶洞是一種不良的地質(zhì)。所以在選擇工程建設(shè)地點的時候要盡量選擇避開溶洞十分發(fā)育的地段，如果實在不能避讓，就需要根據(jù)路段的實際情況來了對地下的溶洞做相應(yīng)的處理?，F(xiàn)階段隨著我國城市化進行的不斷推進，各種基礎(chǔ)設(shè)施也在不斷的建設(shè)中，因此為了保證建筑物的安全，保證人們的正常生活，對地下地質(zhì)情況進行探測是十分有必要的。而且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們探測地下溶洞的技術(shù)也在不斷提高。

在最近的三十年來，武漢市的武昌以及漢陽等地區(qū)經(jīng)常發(fā)生地面下陷的問題，這種問題就是由于石灰?guī)r溶洞的作用以及地下水流作用等等。我們主要對武漢地區(qū)的地下溶洞進行研究，武漢地區(qū)的石灰?guī)r距離現(xiàn)在已經(jīng)有3.5-2.25億年左右，而且石灰?guī)r由于不斷的疊壓出現(xiàn)很多的沉積巖，沉積巖的厚度有幾米的，也有幾十米的，在東西向的褶皺構(gòu)造中呈條帶狀分布川?；?guī)r的裂隙由于被地下水長期的作用就會使巖溶或者破碎帶進行發(fā)育，所以就形成了溶洞。武漢地區(qū)巖溶發(fā)育的巖石與完整的灰?guī)r比較，在電阻率和吸收系數(shù)方面具有非常大的差異，如果灰?guī)r中有發(fā)育巖溶的裂隙帶時，就會發(fā)生相應(yīng)的低阻變異，進而會在電測剖面上的中深部位出現(xiàn)異常的低阻，而這些異常的低阻就會為瞬變電磁法探查地下溶洞提供了有利的條件。并且經(jīng)過實踐證明，運用瞬變電磁法對地下溶洞進行探測可以取得很好的效果，不管是為建筑工程的選址還是建設(shè)都有很大的技術(shù)保障。

在對武漢地下溶洞進行瞬變電磁法探測的時候，我們需要正確運用瞬變電磁法的探測功能。瞬變電磁法是一種脈沖感應(yīng)類的電法探測，在電磁法中屬于時間域電磁法。在使用的過程中需要通過不接地回線向溶洞發(fā)送一次磁場，測量一次場激勵電源關(guān)斷后一段時間內(nèi)再開始二次磁場測量，通過二次磁場測量的信號的衰減變特點來解釋和演繹地下溶洞結(jié)構(gòu)的性狀。如果地下存在良導(dǎo)體，那么良導(dǎo)體就會在一次場的激勵下產(chǎn)生感應(yīng)渦流，而且是按照指數(shù)規(guī)律來進行衰減的，如果地下溶洞中存在隱伏高阻介質(zhì)，因為沒有相對應(yīng)的感應(yīng)渦流，所以二次場的感應(yīng)幅度就會變小，二次磁場也會很快的進行衰減。

在運用瞬變電磁法對地下溶洞進行探測的時候需要正確選擇瞬變探測儀器?？梢圆捎弥貞c奔騰數(shù)控技術(shù)研究生產(chǎn)的WTEM-1Q淺部瞬變電磁勘探儀。這項設(shè)備具有超高速關(guān)斷、可靠性高和抗干擾功能強的特點，并且具有使用攜帶輕便、耗電量低的優(yōu)勢。工作方法可以選擇疊加次數(shù)為六十四次，發(fā)射電流為4.27A，供電頻率可以選擇32Hz，發(fā)射電圈可以選擇20mX20m單匝，接受線圈可以選擇5mX5m單匝，然后布線方式選擇中心回線。在實際測量的過程中，測線的布設(shè)方式由現(xiàn)場提供的控制點來引出，然后用全站儀布設(shè)兩條基線，測點布設(shè)最好是采用測繩，例如皮尺進行量距定點，然后把每個點號代表實地一米的距離，測線的方向設(shè)定為南北的方向。最后通過對附近測線進行對比分析我們可以發(fā)現(xiàn)該地區(qū)低阻異常呈現(xiàn)帶狀分布，所以就可以推斷地下有一定流向的地下水作用形成的溶洞。

通過上文對瞬變電磁法在探測地下溶洞中的應(yīng)用分析我們可以了解到瞬變電磁法在探測地下溶洞的作用。首先利用瞬變電磁法可以查明了解地下橫向和垂直方向的隱伏溶洞、破碎帶以及溶蝕裂隙帶的發(fā)育規(guī)模和分布規(guī)律，所以瞬變電磁法具有很好的探測效果。其次應(yīng)用瞬變電磁法進行溶洞探測，在一定程度上可以克服地球物理解釋的多解性，從而提高瞬變電磁法的勘查精度和勘查效果，可以彌補地球物理方法無法探測地下地質(zhì)情況的問題。所以說瞬變電磁法是目前比較經(jīng)濟且實用的，而且能夠高效的反映出地下豐富地質(zhì)信息的重要手段，具有很好的應(yīng)用性和推廣性。

總結(jié)：綜上所述，溶洞是由灰?guī)r地區(qū)地下水長期進行溶蝕而形成的，如果在工程建設(shè)中沒有對地質(zhì)情況進行探測，沒有發(fā)現(xiàn)地下的溶洞現(xiàn)象，就會對以后的工程發(fā)展帶來巨大的損害，所我們有必要對地下溶洞進行探測。在目前眾多的探測方法中瞬變電磁法是經(jīng)常使用的方法，瞬變電磁法具有使用方法簡單輕便，受地形影響小，可以對地下地質(zhì)情況進行很好的探測和解釋的特征。所以我們在使用的過程中需要根據(jù)地區(qū)地質(zhì)的實際情況來使用正確的電磁探測方法，按照操作要領(lǐng)進行操作，保證探測數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，只有這樣才能準(zhǔn)確的探測地下溶洞的具體情況，才能對地下地質(zhì)條件進行很好的探測，為我國工程建設(shè)的選址提供有利的依據(jù)。

參考文獻：

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