基于大地電磁法在工程地質勘查中的應用探究

李 雪

（遼寧省第九地質大隊有限責任公司，遼寧 鐵嶺 112000）

隨著科技的不斷創新，物探技術已經得到長足發展，尤其是近些年來大地電磁法的持續推進使得我國在工程地質勘查領域取得豐碩的成果。一般說來，大地電磁法常用于對地質礦產資源的勘查和開采，當前我國已經有多個城市相繼使用大地電磁法對深層礦山實現了地質的勘查和礦產的開采，并且獲得了較為顯著的經濟收益。大地電磁法有三種方法，即MT（大地電磁法）、AMT（音頻大地電磁法）、CSAMT（可控源音頻大地電磁法），這三種大地電磁法都有各自的優勢，目前用得最為廣泛的大地電磁法是CSAMT，CSAMT是為了解決AMT天然場源信號弱、信號干擾大等問題而誕生的一種利用人工電磁場源來發射電磁波從而實現電磁勘探的方法，它也是基于AMT和MT技術原理的結合而出現的電磁勘探技術，從某種程度上講，CSAMT操作技術更加先進，工程勘查效果更為顯著，而且它對于深部地質礦產的勘查和地下礦層的分布預測具有重要意義。筆者將于下文展開對大地電磁法基本理論的闡述以及探究大地電磁法在實際工程地質勘查中的應用，以供讀者參考。

1 大地電磁法概述

1.1 大地電磁法優勢分析

大地電磁法施行時高頻電磁場的頻率不同，其探測的地質深度也會有所不同，因此只需改變電磁場的頻率就能獲得不同地層深度的電性信息，這極大便捷了工程地質勘查的操作進程。大地電磁法的施行形式主要是通過計算電磁場的場值，利用這些場值來研究地電參數的變化，然后再利用大地電磁法來進行深部地質頻率域的測探。大地電磁法是一種被動源的技術，它具有區域性分布和全球性分布的特征，主要是通過觀測電磁場的變化來達到地質探測的目的。大地電磁法是當前我國對工程礦區的地質構造進行分析的主要手段，它能夠探測到地層深度達幾十公里的地質情況，這對工程地質勘查中深部礦床的研究具有重要意義。大地電磁法的主要優勢是其勘查裝備較為輕巧，其操作技術非常成熟，處理過程也較為多樣化，而且其處理結果也非常準確，這對工程地質勘查中數據分析工作具有重要的促進作用。大地電磁法也有一定的缺點，其主要表現在，大地電磁法施行時電磁場的信號相對來說比較弱，它只適用于電磁干擾較小區域的地質勘查，未來還必須加大對大地電磁法的改進才能使其適用于大范圍地區[1]。

1.2 大地電磁法操作原理

現代的工程地質勘查當中，大地電磁法的使用最為普遍，它已經得到了廣泛的應用。大地電磁法是依據電磁感應的原理，利用電磁感應中的趨膚效應，以及高頻電磁場穿透淺的原理，它是一種使用天然交變電磁場來研究地球的電性結構的物理勘探方法，將大地看作水平層狀介質，而對于天然電磁場，是將其看作是垂直投射到地下的平面電磁波，基于此，通過對一系列不同頻率的電磁波信號進行觀測，而后再進行相關的數據采集，就可以計算出所需要的參數值，再對這些參數進行分析，就可以推測出地質構造的分布特征。因為該技術受磁場的干擾影響較大，這會嚴重影響數據的分析結果，對工程地質勘查工作來說是非常的不利，使得分析人員不能得出有效的結果，造成工程地質勘察的質量不能得到保障。針對這一問題，可以將大地電磁法與Robust優化理論（源于自動控制理論，Robust性是指在外加干擾的情況下，系統的動態穩定性。因此，Robust優化是指應對系統中不確定性因素的一種優化方法）結合起來，并且在不同地區設立一定的參考站，這樣就可以在一定程度上有效降低大地電磁法受到磁場干擾的強度，從而在一定程度上能夠保證工程地質勘查的質量。

2 大地電磁法在工程地質勘查中的實際應用

2.1 大地電磁法在工程地質勘查中的應用

針對大地電磁法在工程地質工程中的實際應用，可以以天津地區礦產資源的勘探工程作為范例來進行說明。在二十世紀二十年代初期，我國在對天津西青開發區進行工程地質勘查當中，主要使用了CSAMT方法和MT方法聯合反演的手段進行對于井下礦產儲存層的深度勘測，在工程前期主要進行數據分析和地質推斷，而在工程后期主要進行實驗驗證，而最后再通過大地電磁法的實際勘測來對地質勘查到的結果進行驗證。大地電磁法的使用使得工程地質勘查工作變得有序而又輕松。舉例來說，隸屬于天津西青開發區的滄縣隆起是一個巨大的潛伏隆起，它的形成主要是地質的斷裂作用以及板塊運動的影響，造成其地質和內部結構非常復雜，并且其覆蓋面也比較厚，東面斷裂而西面超出，厚薄起伏不斷。這樣的地質情況使得該地區的礦產資源相對來說較為豐富，尤其是斷裂帶的交匯處儲藏的礦產資源最為多樣。然而對于工程地質勘查人員來說斷裂帶的交匯處存儲的礦產資源最難勘查，因為這些斷裂帶交匯處具有較強的電磁場，使得大地電磁法的施行受到很強的電磁干擾，這對地質的勘查來說非常不利[2]。基于此種情況，工程地質勘查技術人員通過對CSAMT、MT的剖面進行分析得知，CSAMT方法和MT方法都能夠對地層深部的地電結構進行較為細致的反映，前者主要是對淺層介質擁有較為細致的描述，后者主要是對深層介質擁有較為細致的描述，將兩種大地電磁法綜合起來使用，能夠共同刻畫出地質結構的概況，從而更加能夠客觀地反映出工程地質勘查的結果。

2.2 CSAMT應用于工程地質勘查的操作流程

CSAMT是一種先進的物探技術，該物探技術的施行過程是通過人工源來完成地質勘探的，施行過程不會用到自然源，其主要的操作流程為，先通過發射源向接地導線中提供音頻電流而形成電磁場，利用這些電磁場來測探地層深部的地質情況。CSAMT的施行是通過控制發送電流功率的大小來實現10km以內收發距離的測探，所以其能完成2公里以內的深部地層的測探，這對深部地質礦產的勘查以及地下水資源的勘探具有重要意義。依照工程地質勘查的探測要求，先在勘探區域設置兩條測線，將其均設置成3550m的長度，都按照東西方向排布，并且利用V8電法工作站來完成地質探測，將發射機電流設置成20A，這樣就能夠保證探測達到12公里的收發距離。接下來就是對獲取到的數據進行處理。處理數據主要有四大步驟，第一步，評價采集到的原始數據，然后對相關的去噪處理措施進行研究，按照噪聲對采集數據的影響，通過有效的去噪措施來解決問題，然后通過相位資料以及相鄰點比較趨勢分析法來實現對畸變視電阻率變化曲線的校正。第二步是通過靜態的方式來校正數據。第三步是數據處理。此過程應當按照定性和定量的原則進行，具體操作即是依照地質構造在方法原理上所呈現的規律來定性研究平面成果，然后再結合探測區域內原始數據中的斷層以及構造和地層變化的特征，兩者綜合分析，隨后再通過反演的手段來實現定量化分析定性成果。第四步是對已經獲知的物探資料以及地質信息進行詳細研究，而后再綜合分析探測區域的地球物理特征以及地質信息，之后就可以對探測區域內獲得的數據進行系統分析，再對地質礦產的形成過程進行科學的解釋[3]。

3 結語

大地電磁法越來越更多得被應用于工程地質勘查當中，未來的大地電磁法也必將實現更大的技術突破。筆者基于大地電磁法的基本原理而探討了大地電磁法在工程地質勘查中的應用，期待能為在此領域的研究人員提供相關的信息指導，也相信未來我國必將實現大地電磁法的技術突破，從而在根本上消除大地電磁法當前所存在的一些短板，也相信未來我國必將在工程地質勘查領域實現更大的進展。