瞬變電磁法在不良地質探測中的應用

【摘 要】通過對巖溶和采空區等不良地質的TEM視電阻率斷面圖及衰減曲線進行對比分析與研究，最后通過反演確定出巖溶和采空區等不良地質的位置和規模，通過鉆孔驗證，證明了TEM法探測巖溶和采空區等不良地質的有效性。

【關鍵詞】不良地質;巖溶;采空區;瞬變電磁法;TEM;曲線

Change in a sudden the electromagnetism method is in the bad geology probe into of application

Wang Hong-bin

(Shanxi the railroad investigate limited company Baoji Shanxi 721001)

【Abstract】Pass to the rock dissolve with adopt empty area etc. bad geology of the TEM see the electric resistance rate cross section diagram and Shuai to reduce curve to carry on contrast analysis and research， end pass anti- play assurance the rock dissolve with adopt empty area etc. bad position and scale of geology， pass to drill a hole verification， certificate the TEM method probe into a rock to dissolve with adopt empty area etc. bad the usefulness of geology.

【Key words】Bad geology;The rock dissolve;Adopt empty area;Change in a sudden electromagnetism method;TEM;Curve

1. 前言

不良地質是指由于各種地質作用和人類活動而造成的工程地質條件不良現象的統稱。巖溶和采空區已成為鐵路工程中最為突出的工程地質問題之一，如何快速準確的了解工區的巖溶和采空區的概況，已成為當務之急。

瞬變電磁法(簡稱TEM)作為一種新的探測巖溶和采空區的物探方法越來越被大家認可，瞬變電磁法探測巖溶和采空區主要依據其與周圍巖層之間的電性差異，巖溶和采空區的填充情況、年代、地質概況等都會影響其電性特征，一般來說，其電性特征與圍巖相比或表現為高阻異常，或表現為低阻異常。

2. 瞬變電磁法簡介

瞬變電磁法(TEM)亦稱時間域電磁感應法。以不接地回線或接地線源通以脈沖電流為場源，以激勵探測目的物感應二次電流，在脈沖間隙測量二次場隨時間變化的響應。通過分析和研究二次場的時空變化特征，可判定地下地質體的電性特征，推斷其賦存位置、產狀、埋深及規模等信息。 

瞬變電磁法是在脈沖間隙進行的，一次場源的干擾小，且脈沖是多頻率的合成，不同的延時觀測的主要頻率不同，相應時間的場在地層中的傳播速度不同，勘查深度也就不同，因此，TEM同時具有時間和空間上的可分性。 因此瞬變電磁法具有以下特點:

(1)斷電后觀測純二次場，免除了復雜的一次場補償問題，受地形影響小;

(2)單脈沖激發，可得到多信息的整條瞬變場衰減曲線，從而節省時間;

(3)采用不接地回線裝置，適宜于各種地理環境下工作;

(4)采用近區的觀測工作裝置，使與欲測的地質體達到最佳耦合;從而得到形態規則、幅值大的電磁異常。且受旁側影響小而具有較高的橫向分辨率;

(5)探測深度大、分辨率高、信息豐富等。

瞬變電磁法按照供電、接收線框的相對位置不同，分為重迭回線、中心回線、偶極和大定源回線四種裝置。

3. 探測實例

工區概況及野外布置。

工區屬華北型地層，地表為地表分布第四系沖洪積粉質粘土、粉土，巖溶區下伏基巖為奧陶系石灰巖，采空區下伏基巖為砂巖夾頁巖。

地表局部基巖出露，普通電法接地條件較差，選擇瞬變電磁法開展工作。巖溶和采空區的探測要求較高的分辨率，為此，選擇瞬變電磁法中的中心回線裝置進行工作。

野外工作布置如圖1，現場采用50m×50m的發射線框，接收線框為20砸1m×1m的小線框，選擇32HZ的基頻進行工作，共31道，時窗范圍為0.004~2.243 ms;發射電流為5~10A。

圖1 中心回線裝置野外布置圖

儀器設備為重慶奔騰數控技術研究所生產的WTEM-1Q淺部瞬變電磁勘探系統，該系統具有瞬變電磁法的全部功能，它集國內外同類儀器所長，具有大發射功率、高可靠性、超強抗干擾(天電、50或60Hz工頻)能力、輕便、低耗電。

4. 探測成果

4.1 采空區探測成果。

圖2為采空區探測中心回線二次電位多測道剖面圖，該圖顯示在樁號1~43之間，存在多處明顯的“V”形異常，根據瞬變電磁法的解釋原則，推斷該段為煤窯采空區的反映。根據圖3視電阻率擬斷面圖:在剖面942~1160段(樁號1~43)存在一低阻異常區，該異常區橫向和縱向延伸范圍比較大，分析此段低阻異常區為煤窯采空區年代較早，其上覆地層失去支撐塌陷充水所致，根據該低阻區的形態推斷該處存在兩層采空區，第一層埋深約為20m~30m之間和40m~50m之間，采空區的厚度約為2m左右。

圖2 采空區探測中心回線二次電位多測道剖面圖

圖3 采空區探測TEM視電阻率擬斷面圖

根據物探成果，在剖面1022m(樁號14)附近布置鉆孔 ，鉆孔資料顯示:在孔深24.8m~26m之間為煤層開采后形成的空洞，26m~31m之間巖體破碎，無法提鉆而終孔。鉆孔與物探成果相吻合。

4.2 巖溶他按測成果。

圖4是巖溶探測視電阻率擬斷面圖，該圖顯示在剖面0m~25m段電阻率等值線變化均勻，表明該段灰巖巖溶不發育，巖體較完整。剖面25m~200m段，電阻率等值線圖比較雜亂，等值線變化很不均勻，表現為電阻率高低相間，存在較多低阻閉合圈和低阻區(帶)，還存在電阻率曲線向下彎曲而形成的“U”形異常區，由于此段巖溶一般都填充泥砂，在電性上表現為相對低阻，分析這些異常應該為巖溶反映。 圖5為根據剖面10m和190m處測點電動勢衰減曲線計算的視電阻率曲線，a曲線電阻率值較高，與電測深曲線A型曲線一致，無巖溶反應;b曲線電阻率值整體較低，與電測深曲線KH型曲線一致，其溶洞反應較為明顯。由于剖面曲線較多，在此不逐一描述，只找兩條比較典型曲線加以描述對比。

圖4 巖溶探測TEM視電阻率擬斷面圖

圖5 剖面測點視電阻率曲線圖

綜合圖4和圖5推斷:剖面50m、70m、95m、115m和145m處的“U”形異常區，其向下延伸較淺，應為淺部小溶洞反應，且溶洞規模一般小于2m，其埋深在地下5m~10m之間;剖面175m~200m段存在較大規模的低阻區，推斷此段存在一較大規模的溶洞，其規模大于5m，其埋深在地下10m左右。低阻閉合圈和“U”形異常相結合表明25m~175m段存在三層橫向發育巖溶，其深度分別在地下0~10m、20~30m和40m左右。

鉆孔結果如下:剖面40m左右鉆孔在5.0~5.5m為溶洞;

剖面72m左右鉆孔在7.25~9.5m和26.4~26.8m為溶洞;

剖面140m左右鉆孔在6~6.2m和16.9~17.7m為溶洞;

剖面190m左右鉆孔在6.7~12.2m為溶洞;

由于鉆孔深度限制(30m深)，其第三層巖溶無法驗證;對比現有鉆孔資料，巖溶物探成果是比較可靠的。

5. 結束語

5.1 瞬變電磁法探測不良地質是可行和有效的;通過鉆孔驗證，瞬變電磁法可以比較準確的對不良地質的規模、形態和位置等作出評價。

5.2 瞬變電磁法包含的信息較多，資料解譯時應綜合各種信息，這樣解譯的成果才更接近于真實情況。

5.3 值得注意的是瞬變電磁法的反演深度和視電阻率與真深度和真電阻率有一定誤差，應與相關資料相結合。

參考文獻

[1] 李貅.瞬變電磁法測深理論與應用[M].西安:陜西科學技術出版社，2002.

[2] 傅良魁.電法勘探文集[C].北京:地質出版社，1986.

[3] 靜恩杰，李志聃.瞬變電磁法基本原理[J].中國煤田地質，1995，7(2):83~87.

[4] 李金銘.電法勘探方法發展概況[J].物探與化探，1996，20(4):250~258.

[文章編號]1619-2737(2010)10-08-286

[作者簡介] 王紅兵(1979-)，男，陜西寶雞人，工程師，主要從事工程物探工作，現工作與陜西鐵道工程勘察有限公司。