瞬变电磁法等物探技术在工程建设中的应用

【摘要】随着科学发展，我国的地质勘查技术取得了较大进步，物探技术也成为工程建设项目中地质条件勘查的重要手段，其作用愈加受到人们的重视，尤其是在地质条件复杂地区，使用越来越广泛。

【关键词】地质 物探 地基处理

地质勘探时通过各种手段与方法对地质进行勘查、探测的活动，在经济社会不断发展的今天，将科学技术与勘探技术完美结合是实现地质勘探现代化的重要举措，下面结合相关项目实际情况，分析网络并行直流点法和瞬变电磁法在工程建设中的应用。

一、项目概况

和平村棚户区改造建设工程位于淮南市八公山区，西面为八公山风景区，东侧为新庄孜煤矿，和平村项目位于淮南市八公山区，小区规划总用地面积约38.6公顷。淮南市八公山区为岩溶灾害高发区域，经地质灾害危险性评估和分析，规划区有岩溶塌陷、膨胀土变形二种地质灾害。整个小区划分为地质灾害危险性大区和中等区，建设用地适宜性为事宜性差和基本适宜。

为确保工程建设安全，在工程设计前，对该评估区进行详细的工程地质勘查，进一步查明建筑物下岩溶的发育情况，以便采取合适的防治措施。根据规划情况，初步确定探查区域为规划布置的高层区域，主要探查内容如下：采用高密度电阻率法和瞬变电磁法探查该区岩溶发育情况，由于本区住户密集，对于不适宜采用高密度电阻率法的区域重点选用瞬变电磁方法；探查地表以下深度为50m以上的岩溶发育情况。

二、选择物探方法的探测原理

1、网络并行直流电法探测原理

电法探测拟采用网络并行电法进行探测。探测使用的仪器为并行网络电法仪，该仪器的最大优势在于任一电极供电，可在其余所有电极同时进行电位测量，可清楚地反映探测区域的自然电位、一次供电场电位的变化情况，采集数据效率比传统的高密度电法仪又大大提高，是电法勘探技术的又一次飞跃，是国内率先使用的方法。

2、瞬变电磁探测原理

瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地下传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V（t），就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。

三、探测技术应用

1、两种物探方法的应用

（1）电法勘探

根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，寻找不同类型有用矿床和查明地质构造及解决地质问题的地球物理勘探方法。

主要的应用范围：广泛应用于提防隐患探测；用于水文、工程、环境的地质勘探及高分辨率电阻法工程地质勘探；用于煤矿采空区、人防工程及卡萨特地区溶洞等勘探；用于金属和非金属矿产资源的勘探和地热勘探。

（2）瞬变电磁法

瞬变电磁法也称时间域电磁法，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。

瞬变电磁法探测具有如下优点：由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感；无地形影响；异常响应强，形态简单，分辨能力强；剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息；不受高阻层的屏蔽影响，能穿透高阻层，并采用空间多次覆盖技术，提高信噪比和观测精度；剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息，减少多解性。

2、探测方案设计

根据现场情况，共设计10条电法测线，横测线（东西方向）编号为Res-Y1～Res-Y4，纵测线（南北方向上）编号为Res-X1～Res-X6，电法点距5.5m；全区电法测线共10条，测线总长为2955.5m，测点总数为576个点

瞬变电磁测线布置11条测线，其中纵测线5条，编号为TEM-X1～TEM-X5，横测线6条，编号为TEMY1～TEMY6。测线总长为3104m，测点总数为307个点。

3、数据处理与解释

由于网络并行电法数据采集方式和常规电法数据有一定区别，因此在数据处理技术与处理流程上有独特的特点。本次数据的预处理在本物探中心和东华测试有限公司联合编制“网络并行电法解析系统”处理平台上进行。数据处理的重点为三维电阻率反演，直接利用地面不规则测线的空间坐标建立三维反演模型，选用EarthImager 3D软件平台，可获得测区范围内三维电阻率数据体，成果图选用了surf8.0和AtuoCAD软件进行辅助成图。处理步骤为：数据解编――突变电位、电流剔除――AGI格式导出――三维建模――3D电阻率反演――结果成图。

瞬变电磁数据处理在MSD平台上进行，处理流程为：数据转换-数据点平滑-测点坐标校正-晚期视电阻率计算-时深转换-剖面成图。

4、数据分析解释

从地质条件上分析地下溶蚀地质条件的存在使得灰岩地层的电性发生明显变化，电性的变化不仅与溶洞的溶蚀程度及范围有关同时也受溶洞充填物影响。即灰岩溶洞在充水或充泥条件时阻值较低，而充填物较少或溶洞空腔则为高阻反映，在雨季表现低阴，在枯水期又表现出高阻。由于溶洞、风化程度的差异使得灰岩具有很强的结构不均性一，因此在介质弹性上具有很强的波阻抗差异，并且表现出低频，衰减变慢等特征。基于上述所分析的溶蚀区地球物理条件，以此为解释原则结合本工程地质条件对本次岩溶探查结果进行初步分析解释。

本次综合物探勘查根据电法、瞬变电磁法电阻率在平面和剖面上分布的均一程度将探查区划分为1区、2区和3区共三个区，在平面位置上1区位于探查区西南，2区位于泄洪沟两侧，3区位于探查区东北，在电阻率分布上1区和3区均一性差，2区均一程度相对较好。三个分带区同本区的地质层位基本对应，由于不同年代灰岩差异风化等因素使得1区和3区溶蚀程度较高，基岩界面处溶沟、石芽等溶蚀地貌发育，2区溶蚀程度相对低，灰岩完整性相对较好。通过物探勘察，查出了部分异常情况，基本探明地下岩溶分布，为降低受测区建筑物及其他设施的影响，对本次物探异常点加强岩土工程勘察验证，进一步探明异常区的具体工程地质特征，以便采取更加得当的地基处理措施。

四、结束语：

实践表明，在工程地质勘察中，尤其是在地质灾害易发区域进行工程建设时，单纯利用一种勘探手段，往往不能取得良好的勘查效果，而多种勘探手段有机的综合使用，往往可取得事半功倍的效果。淮南市属于岩溶多发区，利用工程物探手段，提前探明规划区地质条件，尤其是断层以及岩溶分布情况，对下步工程钻探具有较强的指导意义，避免了工作的盲目性。

参考文献

[1]岩土工程勘察规范 GB50021-2001

[2]浅层地震勘查技术规范 DZ/0107-1997

[3]电阻率测深法技术规程 DZ/T0072-93

[4]刘云帧，工程物探综述，地质出版社