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摘 要:文章对时间域瞬变电磁法的相关原理、方法技术进行了解释,并在此基础上介绍了时间域瞬变电磁法在地质勘查之中的具体应用,应用结果表明,该种方法对探明地质状况具有非常好的效果。
关键词:时间域瞬变电磁法地质勘查
中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2012)05(a)-0087-01
随着我国社会经济的不断发展,科学技术发展水平的不断提高,在地质勘察工作之中,也开始出现了各种各样的新技术。在一些工程建设之中,需要对深层的地质进行勘查,传统的地表普查和以地质研究为主的物探、化探方法在某些层面上也有一定的局限性。为适应对于深层地质勘查的需求(比如对地下暗河的勘查),优先发展具有高分辨率、大探测度的新方法已经成为了当前的地质勘查领域的一个重大课题。时间域瞬变电磁法是一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法,它能够有效的加大勘探的深度,而且分辨能力较强,工作效率较高,受地形的影响相对较小,近年来在划分地层结构、找矿、确定地质构造以及查明基岩面的起伏形态判断地下水的赋存状况等领域应用颇为广泛。
1 原理及技术方法
地质勘查指的是调查、研究并解决各类建筑工程以及人类活动中涉及到的各种地质问题的科学。工程地质勘察的目的是为了查明各种工程地区的地质条件,客观评价工程地区内的各种地质问题,预测建筑工程过程中可能出现的地质条件的变化以及对建筑工程的影响,选择最优的施工地点,并对针对施工地区的不良地质问题提供解决方案,确保建筑工程的顺利施工以及正常使用。工程地质研究的主要内容有确定岩土成分、物理化学与力学性质、组织结构以及对建筑工程稳定性等方面可能造成的影响,对岩土进行工程地质分类,在此基础上改善岩土的建筑性能。在过去的工程勘察工作当中,很多方法都没有结合施工需要以及基础设计综合评价地下水对岩土工程的具体影响甚至危害。而目前经常运用的是时间域瞬变电磁法。
时间域瞬变电磁法又称之为瞬变电磁法,简称为(TEM),它是一种利用不接地回线湖综合接地线源向地下发送一次脉冲磁场,然后地下的导电地质在脉冲磁场的激发之下,感应出涡流,并且根据涡流的大小来判别地质体的导电程度,从而在空间形成二次瞬变磁场。第一次脉冲磁场随着脉冲电流的关断而会出现崩溃,但是第二次瞬变磁场却不会立即消失,而会有一个衰减的过程,这个衰减的过程是按照时间指数的规律递变的。因此,根据第二次涡流场能够对导电体的规模、产状以及电性进行判别,从而解释地下介质的电性结构,帮助了解地质结构。
基于这一原理,能够较好的完成使用频率域方法无法实现的重叠装置工作,实现域探测的地质体的最佳耦合,而且能够得到异常幅度相对较大,形态简单并且受到旁侧的影响相对较小的探测结果,能够满足各种地质勘查的需要。虽然TEM的方法各样,但是其基本原理都是一致的,即基于导电介质的阶跃变化的激励磁场激化作用之下引发的涡流场的问题。
2 时间域瞬变电磁法在某工程地下暗河勘查中的应用
2.1 技术资料
本次运用时间域瞬变电磁法对某工程进行地下暗河的勘查,采用的是CUGT EM-2001型的瞬变电磁仪,该电磁仪采用的是中心回线装置,能够探查深度不超过1KM的地下介质情况,采用50-200A的供电,其回线变长为13-26m,采样间隔为1-4纳秒,能够满足本次的地质勘查的实际需求。最佳装置以及采样间隔的选择,通过与钻孔资料对比的工作来进行分析确定。对获得的数据,采用中心回线瞬变电磁2.5维全自动反演解释软件包来进行处理,能够在现场得出基本资料的初步解释。
2.2 实际勘察
某工程位于我国湖南省永州市南部,其边缘地带为第四系的松散层覆盖,地势相对较为平坦。第四系岩性上部主要是以含泥沙砾为主,而下部则主要是含泥沙砾、亚砂土,从以往的勘查结果来看,第四系下伏地层的岩性主要是第三系的泥岩、砂质泥岩,含水量不高。经过对其进行的常规电测勘查可以发现,勘查区域内存在着由北向西的隐伏断裂构造,并且其断层西南地段具有第三系的基底电阻率局部增高。
对该工程的TEM勘查围绕区域范围内的供水井展开,然后以往的电测深剖面附近布设TEM勘测剖面。
TEM断面下部的5Ω·m-8Ω·m的视电阻率等值线在2号点以及3号点之间开始呈现出了台阶式变化,这说明剖面南北两侧具有较大的电性差异,我们推测这应该是断层的错栋的基底岩性转换出现的异常情况。TEM断面中部也出现了两个层位的不同,其视电阻率值>9Ω·m的相对高阻异常区域。在剖面的南端,异常区相对埋藏深度较小,这与往常探知的第三系上部含水的砂与粘土互层对应,而异常处于电测深曲线的O型部位。在剖面的北段,异常区域磁场相对较深,其位置与该区域的地下水埋藏特征比较接近,我们由此可以该异常情况与某工程区域的含水地质体的分布关系是比较密切的。
根据测井以及钻探的结果,可以发现在1号井以及2号井的50m～60m处可以揭穿第四系,而水位的埋深基本上都小于20m,单井的涌水量每小时超过了100m3,而含水层基本上都是分布在150m以上的第三系之中,在150m以下也发现了少量的含水细砂层,这属于第三系的承压水。在3号井的200m深处并没有能够揭穿第四系,钻孔深达100m左右的时候,单井每小时涌水量达到了80m3,可以断定为第四系潜水。
3 结语
实践证明,运用时间域瞬变电磁法能够在地质勘查之中起到非常重要的作用,而且其勘查的结果是可行而且有效的。这种方法勘查的深度相对比较大,分辨能力也非常强,受到地形影响比较小,工作效率也能够得到充分的保证,能为地质勘查提供非常有参考意义的调查线索。在某些工程建设之中,需要对一定深度的地质结构进行详细的勘查,了解其是否存在地下暗河,以确保工程的安全性和稳定性。运用时间域瞬变电磁法能够较好的解决这一问题。但是,由于地下暗河的勘查工作具有比较强的复杂性,而物探资料也具有多解性,这就需要我们从不同的角度来对异常情况进行综合解释分析,以提高勘查工作的准确性。
同时,这一方法与其他的方法对比分析的结果表明,运用CUGTEM-2001型的瞬变电磁仪进行勘查还存在两个方面的问题需要解决,其一是勘查的成果对于浅部底层信息的压制范围相对偏大;其二是勘查结果的交流视电阻率值普遍存在偏低的情况。
参考文献
[1]谢丽,曹杨,向峰,杜伟,胡文宝.扩频技术在瞬变电磁测深中的应用初探[A].第8届中国国际地球电磁学讨论会论文集[C].2007.
[2]李学民.由大地电磁数据同时反演电阻率和磁化率参数的方法研究[D].成都理工大学,2005.
[3]侯朝勇,陈卫,李勇,阮百尧.时间域电磁法大定回线源装置异常响应的分析处理[A].中国地球物理学会第22届年会论文集[C],2006.
[4]翁爱华,陆冬华,刘国兴.利用连分式定义瞬变电磁法全区视电阻率研究[J].煤田地质与勘探,2003(3).
关键词:时间域瞬变电磁法地质勘查
中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2012)05(a)-0087-01
随着我国社会经济的不断发展,科学技术发展水平的不断提高,在地质勘察工作之中,也开始出现了各种各样的新技术。在一些工程建设之中,需要对深层的地质进行勘查,传统的地表普查和以地质研究为主的物探、化探方法在某些层面上也有一定的局限性。为适应对于深层地质勘查的需求(比如对地下暗河的勘查),优先发展具有高分辨率、大探测度的新方法已经成为了当前的地质勘查领域的一个重大课题。时间域瞬变电磁法是一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法,它能够有效的加大勘探的深度,而且分辨能力较强,工作效率较高,受地形的影响相对较小,近年来在划分地层结构、找矿、确定地质构造以及查明基岩面的起伏形态判断地下水的赋存状况等领域应用颇为广泛。
1 原理及技术方法
地质勘查指的是调查、研究并解决各类建筑工程以及人类活动中涉及到的各种地质问题的科学。工程地质勘察的目的是为了查明各种工程地区的地质条件,客观评价工程地区内的各种地质问题,预测建筑工程过程中可能出现的地质条件的变化以及对建筑工程的影响,选择最优的施工地点,并对针对施工地区的不良地质问题提供解决方案,确保建筑工程的顺利施工以及正常使用。工程地质研究的主要内容有确定岩土成分、物理化学与力学性质、组织结构以及对建筑工程稳定性等方面可能造成的影响,对岩土进行工程地质分类,在此基础上改善岩土的建筑性能。在过去的工程勘察工作当中,很多方法都没有结合施工需要以及基础设计综合评价地下水对岩土工程的具体影响甚至危害。而目前经常运用的是时间域瞬变电磁法。
时间域瞬变电磁法又称之为瞬变电磁法,简称为(TEM),它是一种利用不接地回线湖综合接地线源向地下发送一次脉冲磁场,然后地下的导电地质在脉冲磁场的激发之下,感应出涡流,并且根据涡流的大小来判别地质体的导电程度,从而在空间形成二次瞬变磁场。第一次脉冲磁场随着脉冲电流的关断而会出现崩溃,但是第二次瞬变磁场却不会立即消失,而会有一个衰减的过程,这个衰减的过程是按照时间指数的规律递变的。因此,根据第二次涡流场能够对导电体的规模、产状以及电性进行判别,从而解释地下介质的电性结构,帮助了解地质结构。
基于这一原理,能够较好的完成使用频率域方法无法实现的重叠装置工作,实现域探测的地质体的最佳耦合,而且能够得到异常幅度相对较大,形态简单并且受到旁侧的影响相对较小的探测结果,能够满足各种地质勘查的需要。虽然TEM的方法各样,但是其基本原理都是一致的,即基于导电介质的阶跃变化的激励磁场激化作用之下引发的涡流场的问题。
2 时间域瞬变电磁法在某工程地下暗河勘查中的应用
2.1 技术资料
本次运用时间域瞬变电磁法对某工程进行地下暗河的勘查,采用的是CUGT EM-2001型的瞬变电磁仪,该电磁仪采用的是中心回线装置,能够探查深度不超过1KM的地下介质情况,采用50-200A的供电,其回线变长为13-26m,采样间隔为1-4纳秒,能够满足本次的地质勘查的实际需求。最佳装置以及采样间隔的选择,通过与钻孔资料对比的工作来进行分析确定。对获得的数据,采用中心回线瞬变电磁2.5维全自动反演解释软件包来进行处理,能够在现场得出基本资料的初步解释。
2.2 实际勘察
某工程位于我国湖南省永州市南部,其边缘地带为第四系的松散层覆盖,地势相对较为平坦。第四系岩性上部主要是以含泥沙砾为主,而下部则主要是含泥沙砾、亚砂土,从以往的勘查结果来看,第四系下伏地层的岩性主要是第三系的泥岩、砂质泥岩,含水量不高。经过对其进行的常规电测勘查可以发现,勘查区域内存在着由北向西的隐伏断裂构造,并且其断层西南地段具有第三系的基底电阻率局部增高。
对该工程的TEM勘查围绕区域范围内的供水井展开,然后以往的电测深剖面附近布设TEM勘测剖面。
TEM断面下部的5Ω·m-8Ω·m的视电阻率等值线在2号点以及3号点之间开始呈现出了台阶式变化,这说明剖面南北两侧具有较大的电性差异,我们推测这应该是断层的错栋的基底岩性转换出现的异常情况。TEM断面中部也出现了两个层位的不同,其视电阻率值>9Ω·m的相对高阻异常区域。在剖面的南端,异常区相对埋藏深度较小,这与往常探知的第三系上部含水的砂与粘土互层对应,而异常处于电测深曲线的O型部位。在剖面的北段,异常区域磁场相对较深,其位置与该区域的地下水埋藏特征比较接近,我们由此可以该异常情况与某工程区域的含水地质体的分布关系是比较密切的。
根据测井以及钻探的结果,可以发现在1号井以及2号井的50m～60m处可以揭穿第四系,而水位的埋深基本上都小于20m,单井的涌水量每小时超过了100m3,而含水层基本上都是分布在150m以上的第三系之中,在150m以下也发现了少量的含水细砂层,这属于第三系的承压水。在3号井的200m深处并没有能够揭穿第四系,钻孔深达100m左右的时候,单井每小时涌水量达到了80m3,可以断定为第四系潜水。
3 结语
实践证明,运用时间域瞬变电磁法能够在地质勘查之中起到非常重要的作用,而且其勘查的结果是可行而且有效的。这种方法勘查的深度相对比较大,分辨能力也非常强,受到地形影响比较小,工作效率也能够得到充分的保证,能为地质勘查提供非常有参考意义的调查线索。在某些工程建设之中,需要对一定深度的地质结构进行详细的勘查,了解其是否存在地下暗河,以确保工程的安全性和稳定性。运用时间域瞬变电磁法能够较好的解决这一问题。但是,由于地下暗河的勘查工作具有比较强的复杂性,而物探资料也具有多解性,这就需要我们从不同的角度来对异常情况进行综合解释分析,以提高勘查工作的准确性。
同时,这一方法与其他的方法对比分析的结果表明,运用CUGTEM-2001型的瞬变电磁仪进行勘查还存在两个方面的问题需要解决,其一是勘查的成果对于浅部底层信息的压制范围相对偏大;其二是勘查结果的交流视电阻率值普遍存在偏低的情况。
参考文献
[1]谢丽,曹杨,向峰,杜伟,胡文宝.扩频技术在瞬变电磁测深中的应用初探[A].第8届中国国际地球电磁学讨论会论文集[C].2007.
[2]李学民.由大地电磁数据同时反演电阻率和磁化率参数的方法研究[D].成都理工大学,2005.
[3]侯朝勇,陈卫,李勇,阮百尧.时间域电磁法大定回线源装置异常响应的分析处理[A].中国地球物理学会第22届年会论文集[C],2006.
[4]翁爱华,陆冬华,刘国兴.利用连分式定义瞬变电磁法全区视电阻率研究[J].煤田地质与勘探,2003(3).