瞬變電磁法等物探技術在工程建設中的應用

【摘要】隨著科學發展，我國的地質勘查技術取得了較大進步，物探技術也成為工程建設項目中地質條件勘查的重要手段，其作用愈加受到人們的重視，尤其是在地質條件復雜地區，使用越來越廣泛。

【關鍵詞】地質 物探 地基處理

地質勘探時通過各種手段與方法對地質進行勘查、探測的活動，在經濟社會不斷發展的今天，將科學技術與勘探技術完美結合是實現地質勘探現代化的重要舉措，下面結合相關項目實際情況，分析網絡并行直流點法和瞬變電磁法在工程建設中的應用。

一、項目概況

和平村棚戶區改造建設工程位于淮南市八公山區，西面為八公山風景區，東側為新莊孜煤礦，和平村項目位于淮南市八公山區，小區規劃總用地面積約38.6公頃。淮南市八公山區為巖溶災害高發區域，經地質災害危險性評估和分析，規劃區有巖溶塌陷、膨脹土變形二種地質災害。整個小區劃分為地質災害危險性大區和中等區，建設用地適宜性為事宜性差和基本適宜。

為確保工程建設安全，在工程設計前，對該評估區進行詳細的工程地質勘查，進一步查明建筑物下巖溶的發育情況，以便采取合適的防治措施。根據規劃情況，初步確定探查區域為規劃布置的高層區域，主要探查內容如下：采用高密度電阻率法和瞬變電磁法探查該區巖溶發育情況，由于本區住戶密集，對于不適宜采用高密度電阻率法的區域重點選用瞬變電磁方法；探查地表以下深度為50m以上的巖溶發育情況。

二、選擇物探方法的探測原理

1、網絡并行直流電法探測原理

電法探測擬采用網絡并行電法進行探測。探測使用的儀器為并行網絡電法儀，該儀器的最大優勢在于任一電極供電，可在其余所有電極同時進行電位測量，可清楚地反映探測區域的自然電位、一次供電場電位的變化情況，采集數據效率比傳統的高密度電法儀又大大提高，是電法勘探技術的又一次飛躍，是國內率先使用的方法。

2、瞬變電磁探測原理

瞬變電磁法屬時間域電磁感應方法。其探測原理是：在發送回線上供一個電流脈沖方波，在方波后沿下降的瞬間，產生一個向回線法線方向傳播的一次磁場，在一次磁場的激勵下，地質體將產生渦流，其大小取決于地質體的導電程度，在一次場消失后，該渦流不會立即消失，它將有一個過渡（衰減）過程。該過渡過程又產生一個衰減的二次磁場向地下傳播，由接收回線接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地質體的電性分布情況。如按不同的延遲時間測量二次感生電動勢V（t），就得到了二次磁場隨時間衰減的特性曲線。如果沒有良導體存在時，將觀測到快速衰減的過渡過程；當存在良導體時，由于電源切斷的一瞬間，在導體內部將產生渦流以維持一次場的切斷，所觀測到的過渡過程衰變速度將變慢，從而發現導體的存在。

三、探測技術應用

1、兩種物探方法的應用

（1）電法勘探

根據地殼中各類巖石或礦體的電磁學性質和電化學特性的差異，通過對人工或天然電場、電磁場或電化學場的空間分布規律和時間特性的觀測和研究，尋找不同類型有用礦床和查明地質構造及解決地質問題的地球物理勘探方法。

主要的應用范圍：廣泛應用于提防隱患探測；用于水文、工程、環境的地質勘探及高分辨率電阻法工程地質勘探；用于煤礦采空區、人防工程及卡薩特地區溶洞等勘探；用于金屬和非金屬礦產資源的勘探和地熱勘探。

（2）瞬變電磁法

瞬變電磁法也稱時間域電磁法，簡稱TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，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。簡單地說，瞬變電磁法的基本原理就是電磁感應定律。

瞬變電磁法探測具有如下優點：由于施工效率高，純二次場觀測以及對低阻體敏感；無地形影響；異常響應強，形態簡單，分辨能力強；剖面測量和測深工作同時完成，提供更多有用信息；不受高阻層的屏蔽影響，能穿透高阻層，并采用空間多次覆蓋技術，提高信噪比和觀測精度；剖面測量和測深工作同時完成，提供更多有用信息，減少多解性。

2、探測方案設計

根據現場情況，共設計10條電法測線，橫測線（東西方向）編號為Res-Y1～Res-Y4，縱測線（南北方向上）編號為Res-X1～Res-X6，電法點距5.5m；全區電法測線共10條，測線總長為2955.5m，測點總數為576個點

瞬變電磁測線布置11條測線，其中縱測線5條，編號為TEM-X1～TEM-X5，橫測線6條，編號為TEMY1～TEMY6。測線總長為3104m，測點總數為307個點。

3、數據處理與解釋

由于網絡并行電法數據采集方式和常規電法數據有一定區別，因此在數據處理技術與處理流程上有獨特的特點。本次數據的預處理在本物探中心和東華測試有限公司聯合編制“網絡并行電法解析系統”處理平臺上進行。數據處理的重點為三維電阻率反演，直接利用地面不規則測線的空間坐標建立三維反演模型，選用EarthImager 3D軟件平臺，可獲得測區范圍內三維電阻率數據體，成果圖選用了surf8.0和AtuoCAD軟件進行輔助成圖。處理步驟為：數據解編——突變電位、電流剔除——AGI格式導出——三維建模——3D電阻率反演——結果成圖。

瞬變電磁數據處理在MSD平臺上進行，處理流程為：數據轉換-數據點平滑-測點坐標校正-晚期視電阻率計算-時深轉換-剖面成圖。

4、數據分析解釋

從地質條件上分析地下溶蝕地質條件的存在使得灰巖地層的電性發生明顯變化，電性的變化不僅與溶洞的溶蝕程度及范圍有關同時也受溶洞充填物影響。即灰巖溶洞在充水或充泥條件時阻值較低，而充填物較少或溶洞空腔則為高阻反映，在雨季表現低陰，在枯水期又表現出高阻。由于溶洞、風化程度的差異使得灰巖具有很強的結構不均性一，因此在介質彈性上具有很強的波阻抗差異，并且表現出低頻，衰減變慢等特征。基于上述所分析的溶蝕區地球物理條件，以此為解釋原則結合本工程地質條件對本次巖溶探查結果進行初步分析解釋。

本次綜合物探勘查根據電法、瞬變電磁法電阻率在平面和剖面上分布的均一程度將探查區劃分為1區、2區和3區共三個區，在平面位置上1區位于探查區西南，2區位于泄洪溝兩側，3區位于探查區東北，在電阻率分布上1區和3區均一性差，2區均一程度相對較好。三個分帶區同本區的地質層位基本對應，由于不同年代灰巖差異風化等因素使得1區和3區溶蝕程度較高，基巖界面處溶溝、石芽等溶蝕地貌發育，2區溶蝕程度相對低，灰巖完整性相對較好。通過物探勘察，查出了部分異常情況，基本探明地下巖溶分布，為降低受測區建筑物及其他設施的影響，對本次物探異常點加強巖土工程勘察驗證，進一步探明異常區的具體工程地質特征，以便采取更加得當的地基處理措施。

四、結束語：

實踐表明，在工程地質勘察中，尤其是在地質災害易發區域進行工程建設時，單純利用一種勘探手段，往往不能取得良好的勘查效果，而多種勘探手段有機的綜合使用，往往可取得事半功倍的效果。淮南市屬于巖溶多發區，利用工程物探手段，提前探明規劃區地質條件，尤其是斷層以及巖溶分布情況，對下步工程鉆探具有較強的指導意義，避免了工作的盲目性。

參考文獻

[1]巖土工程勘察規范 GB50021-2001

[2]淺層地震勘查技術規范 DZ/0107-1997

[3]電阻率測深法技術規程 DZ/T0072-93

[4]劉云幀，工程物探綜述，地質出版社