瞬变电磁法在浅层勘探中的研究及应用
王楠
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王楠,. 瞬变电磁法在浅层勘探中的研究及应用[J]. 中国科学研究,2022.12. DOI:10.12721/ccn.2022.157108.
摘要: 由于瞬变电磁法是主要采用电磁法基本原理来检查地下水结构的方法之一,也属地全球物理勘查方法中的主要电磁法类型,希望大家加深认识,因此本文将重点针对在工程与地球物理勘查中瞬变电磁法的使用情况加以简要论述,并同时给出了相应的技术问题与注意事项。
关键词: 瞬变电磁法;地球物理勘探;应用
DOI:10.12721/ccn.2022.157108
基金资助:

前言:实际中,利用瞬变电磁法在水文地质调查研究中发挥的效果巨大,而且其勘查的成果是合理并且高效的。这个方法勘察的深度相对比较大,识别力也很强,受地质环境影响相对小,效率也可以获得充足的提高,可以给水文调查研究提出十分具有借鉴意义的研究线索。在一些工程项目中,还必须对相当深层的水文地质构造进行仔细的勘察,以了解其中是否具有地下水暗河,以保证工程建设的安全与稳定性。而利用瞬变电磁法可以较好地解决这一难题。

一、地球物理特征

通过研究本次探测区域和相邻区域的地层、测量数据,可以得到的土壤地层及电学特征列表。不同岩层之间形成了不同水平的导磁性,一般的水泥砂岩,粉砂石,介质的砂石,角砾层,煤层等灰岩的电阻率值先后升高。含煤盆地分层分布的,形态相对一致,但纵向乐观的电阻率变化的侧向传播方式大体上是相似的。在紧凑的整体,岩层的阻值率的系数变动也是相当大的,包括了与水的岩石断层或互相切割的裂隙和岩溶构造,或随水流的水流动时,受到水流的良好的导电性破坏,岩石与围岩温度有明显差别,这也正是利用电磁技术开展水文地质监测工作的重要地球物理条件[1]。

二、瞬变电磁探测基本原理及技术方法

水文地质勘察,指的是在调查、研究和处理与各种工程建设过程及其人类社会活动中有关的各类地理现象的工程科学。水文地质勘察的主要目的是通过查清不同施工区域的自然资源,并客观评估有关施工区域内的各类地理现象,以便预测在建筑施工过程或许会产生的地貌的改变及其对建筑结果的危害,以便选定最佳的建筑位置,并对有关施工区域内的不良地质现象进行解决方案,以保证建设工程的顺利实施和正常利用。工程地质学调查的主要内容有确定岩石成分、物理化学性质和热力学特性、组织与构造结构及其对施工稳定性等方面所能够产生的作用,对岩石进行工程地质分析,并在此基础上改善岩石的施工技术特性。在过去的工程勘测工作中,许多方法都不能根据实际施工要求和基础设计,综合评估地下水对岩土施工环境的具体影响或者危害性。而目前最经常使用的方法是时域瞬变电磁法[2]。

瞬时变化电磁技术,是指通过不接地回路线和综合接地线源在地底发射一个脉冲磁场,那么地底的导电性地质学物体在脉冲磁场的激励下,相互感应产生旋涡,同时又通过旋涡的变化来判断地质物体的导电性水平,进而在空中产生二次瞬时变化电磁场。第一个脉波场由于脉冲电流的突然关断而会发生破坏,可是第二个瞬变磁场却并没有马上消失了,而且还会发生下一次衰变的过程,因为这次衰变的进程是按照时间指数的原理递变的。所以,通过二次涡流场可以对导电体的结构、铲形原理和电学特性等作出判断,以便理解地下介质的电力结构,也有助于进一步认识地质构造。

根据这一理论,能够较好地很好地满足使用频率域方式所不能达成的重复装置任务,从而达成域测量的地质体的良好相互作用,同时能够获得异常范围比较大,结构简单以及受到旁侧的环境干扰相比较少的检测成果,从而能够适应不同地质调查的需求。尽管与TEM的理论不同,不过其基础原理也是相同的,就是基于在导电介质的阶跃化的激励磁场激化情况下产生的涡流场的现象。

三、瞬变电磁干扰区域数据修正

测量点周围人文环境相对复杂,测量区内的局部地段因人类文化设施操作(高压线、变电所、乡村和高速公路)较严格,对瞬变电磁信号产生了一定干扰,对直流电测深信号的干扰相对较小。

为降低这些危害,在对扰动的区域信息处理前,首先对其进行逐点分析,以消除畸变和纠正信息,接着再利用对钻孔资料与相似地区的直流电测深资料和瞬时变电地磁数据的相应联系对数据进行修正,之后再将其整理为按专用处理程序中所规定的顺序和格式,然后再对数据进行过滤,以去除或压缩影响信息,以便恢复信息的重要性,并突出地质技术信息。这些方法在第一程度上减轻了对干扰信号所造成的危害,但却无法彻底去除危害。在资料分析应用过程中,对问题严重的影响范围内的信息也适当予以了降级[3]。

测区内的第四系岩石比较厚,一般厚度大约在100多米,其下的部分别为二叠系上石盒组、下石盒组、山溪组、石炭系地层中的上统太原组、下本溪地区组以及奥陶系中统峰峰组,视环境阻抗系数率呈中、低、高的变化趋势,而奥陶系岩石则以灰岩质为主,其电学特性主要是高阻反应。测区内1005号钻孔旁电海探测的瞬变现象电磁海深检测点逆演的后观电流与温度相关曲线,以及直流海深测的第四系底板和奥陶系顶界之间的明显电性分界面,电阻率温度关系有高、低、高的变化,与周围土壤地层电学性能表现比较一致。地面上对瞬变电磁测深勘探的深度了解远远没有对直流电海深测量直观,特别对超高电阻率温度系数地质体的清晰度很低,从而导致了对地面瞬变现象电磁探深分层功能的降低,于是采用了直流电海深计量对地面瞬变现象的电磁探深进行了刻度。图中瞬变电磁解释地与奥陶系顶板界面深度是七百多米,而直流电海深计量解析的第四系底板与奥陶系顶板界面的面积分别为底深度的100多米、760米,而直流电海深计量解析的底深度则与钻孔中实际揭露的深度与零点九五的温度系数有关。

结论:传统电气法中通常假设关断的电压波浪状为理想的阶跃函数,传统电磁法发射机电流的则关时通常是50/zs-3009s,但假如省略了则关时,解释结果和早期视电阻率将会出现较大偏差,即关时越长,误差就越大,所测的电阻率也越高,误差就越大,则关断时,误差随距离增长而下降。要使解释数据精确可信,一个办法是在处理瞬时的电磁信息后加以修正,在信息中去除则关时间的限制,采用曲线匹配实现数据解析。还有一个办法尽量缩短发射机关断持续时间,使其达到一定的阶跃函数,减少非零关断的问题。

参考文献:

[1]刘瑞.浅谈瞬变电磁法在煤田采空区勘探中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2021(22):130-132.

[2]杜云杰.地面瞬变电磁法在采区积水勘探中的应用[J].同煤科技,2021(05):24-27.

[3]周超,赵思为,尹小康.等值反磁通瞬变电磁法在川藏铁路滑坡体勘探中的应用[J].地质灾害与环境保护,2020,31(03):82-87.

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