电磁法在水利工程地质勘察中的应用.doc

1、电磁法在水利工程地质勘察中的应用摘要：本文以东海县李埝水库采用的电磁法勘探,介绍了电磁法勘察的工作原理和技术优势，对电磁法在水利工程勘察中的应用做出了简要阐述，有一定的参考价值。 关键词：电磁法；水利工程；勘察；应用 中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 电磁法勘察是工程地质勘探中一项比较新的勘察方法，其已广泛的应用于工程地质勘探中。电磁法是利用工程场地良导地质体电性形状等差异来达到勘探效果，有场源电磁法中的各种电(磁)偶极子装置对不同工程项目地下的良导地质体所产生的电磁异常场灵敏度是各不相同的，也就是工程地质地下同一地质导体对各种装置所获得的电磁异常场幅度及异常曲线形态会有

2、差异，其解释效果明显不同。故电磁法在不同工程项目中有着不同的应用前提和环境。 电磁法中应用最普遍、效果最佳的是大地电磁法(MT)、瞬变电磁法(TEM)，以及在他们基础上发展起来的方法，如;重叠(中心) 回线瞬变电磁法( T E M ) 、航空电磁法(AEM)、甚低频电磁法(VLF)、可控源音频大地电磁法( C S A M T ) 、音频大地电磁法(AMT) 、长导线瞬变电磁法( L O T E M ) 等。 1 水文地质工程地质勘察 通过物探测试，可以查明一定的地质单元的空间结构、性质和状态。如工程区覆盖层探测、基岩风化层探测、地质构造探测、软弱夹层探测等。物探工作的先行，对指导合理布置勘探工

3、程，减少勘探工作量，加速地质调查速度，降低勘探成本，提高地质勘探质量等已为很多工程实例所证实。 由于水利水电工程物探技术实际应用时是测量地质体或探测对象与周围介质的某一物理特征参数(如电阻率、弹性波速、电磁波速、密度、放射性等)，因此按其测试参数的不同，物探技术大致可分为以下几种探测方法：(1)电磁法勘探;(2)地震勘探;(3)弹性波测试;(4)物探测井;(5)层析成像;(6)地质雷达技术;(7)放射性勘探;(8)水声勘探;(9)综合测井等。 2 瞬变电磁法的原理和优点 当今一流的电磁法是硬件和软件的完美结合，其优点：(1)高分辨率、高信噪比;(2)宽频带、大动态范;(3)高集成、多功能、低功

4、耗;(4)操作简单、轻便灵、现场实时显示结果。 2.1 瞬变电磁法工作原理 瞬变电磁法(Time domain electromag-netic methods 简称 TEM) 是一种时间域电磁法，属于无损探测法。基本原理就是电磁感应定律，脉冲电流在发射线圈中产生脉冲式一次磁场，于断电间隙用接收线圈接收地下导电体因感应而产生的瞬变二次磁场，其强弱及时间特性与地质体导电性有关。通过断电后不同时间的场强衰减特性分析，可确定地电分布情况，其中导电性差的地质体瞬变二次场峰值大，但衰减快，而导电性好的瞬变二次场峰值小，但衰减慢。东海县李埝水库地处东海县西部地区，属剥蚀残丘地貌，覆盖层薄，基岩以片麻岩为主

5、，呈高阻特征，瞬变磁场穿透能力较强。因此，它是地质问题的重要手段。该法确定裂隙破碎也是通过查明中深部基岩横向瞬变电阻率变化来确定的。与普通电法相比，瞬变电磁法具有探测深度大、位置分辨率和测深分辨率高、操作简便迅速、不受接地电阻影响、可作大面积长距离堤防普查等优点。2.2 瞬变电磁法优点 (1)加大功率灵敏度,增大信噪比，加大勘探深度;(2)在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常;在低阻围岩区,由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨;(3)可以采用同点组合(同一回线，重叠回线,内一回线)进行观测，使与探测目标的耦合最紧,取得的异常响应强，形态简单，分层能力强;(4)线圈点位、方位或接发距

6、要求相对不严格，测地工作简单,工效高;(5)有穿透低阻覆盖层的能力,深度大;(6)剖面测量与测深工作同时完成，提供了更多有用信息,减少了多解性。 3 瞬变电磁法在水利勘察中的应用 伴随这全球经济的快速发展，人类对化石燃料的过分依赖，已经是生活着的地球环境不堪重负。环境的恶化已成为制约人类社会发展的重要因素之一，因此清洁的水力资源对于人们来说成为最有发展潜力的能源之一。随着水利资源开发的深入，一些坝址条件相对比较好的水电站已悉数开发，再开发的潜力主要在于坝址条件相对复杂的高坝大库的开发。 在峡谷地区开发水利资源的首要任务就是对于复杂地质条件的有效勘察，而瞬变电磁法就是其中一种行之有效的方法。如：

7、在对我国西南地区澜沧江，怒江的地质勘察中，勘察的目的主要是探寻、确定断裂构造在地表的出露位置和延深方向。结果表明，该方法能较准确地确定断裂构造的位置，且能在第四系厚沉积物覆盖区，为地质填图提供较好依据。 4 瞬变电磁法在堤坝隐患探测中的应用 基于瞬变电磁法原理的堤坝隐患探测仪具有灵敏度高、水平横向位置分辨率和纵向深度分辨率高、操作方便、探测速度快、可在地面上自由移动等优点。无须电极插入地面,属于无损探测。东海县李埝水库在堤坝隐患普查、渗流通道定位、防渗灌浆加固效果检验和测压管位置选择等方面,表现了极大的优越性,很大程度上提高了工作效率，实践证明是一种行之有效的新技术。 4.1 探测深度与权重的

8、关系 不同深度地层对于二次信号贡献的权重是不同的,了解不同深度地层对接收线圈的接收信号贡献的权重,对于设计探测方案和解释探测结果是十分必要的。对于均匀半空间,由于电磁波的趋肤效应,不同频率电磁波穿透地层的深度是不相同的:高频电磁波穿透深度较浅;低频电磁波穿透较深。因而,探测不同深度地层需要采用相应频率电磁波。大多数瞬变电磁法仪器均采用对称方波作为发射波形,而方波的频谱是很丰富的,不同深度地层对方波的响应关系十分复杂。 对于小线圈系统,电磁法探测地层时有两种激发方式:垂直激发(电激发)和水平激发(磁激发)。采用垂直激发时,发射线圈平面平行于地面;采用水平激发时,发射线圈平面垂直于地面。无论采用哪

9、种激发方式,均应保证发射线圈平面和接收线圈平面在同一平面内。两线圈间距与采用的信号频率有关,频率低时两线圈间距大,探测深度深。 4.2 线圈位置 现场探测时,可依据探测深度和速度确定发射线圈和接收线圈的间距和测站间距,在此,应着重讨论的问题是探测时应保持两线圈平面在同一平面内,且应使线圈的法线垂直于地面,并保持两线圈中心连线在测线上,只有这样才能保证被探测的地层剖面位置在测线的正下方。尤其应该注意的是保持两线圈法线在同一平面内,且垂直于地面。如果线圈法线倾斜于地面垂线角度为 ,所探测目标将偏离原定探测目标位置,水平距离误差为 hxsin,深度误差为 hx(1 一 cos),h 为原定探测深度。

10、 5 结语 通过对东海县李埝水库勘查实践表明,具有高分辨率及高精度、灵敏度、的瞬变电磁仪器使得瞬变电磁法在解决精细地质问题方面显示了独特的优势。选择合理的技术参数,通过瞬变电磁法可以快速获得浅部至中大深度地层的电性信息,能够较好的解决采空区探测等地质问题,取得令人满意的探测结果。 目前电磁法以其显著的优越性广泛的应用于工程地质勘察中，在寻找金属矿、煤矿、探测地质条件等中的作用日益显著。我们可以预见随着社会的进步和发展，工程地质勘察会越来越受到重视，面对复杂的工程地质系统，勘察方法将进一步发展，电磁法作为一种基本方法也将进一步完善，它的前进将是一片光明。 参考文献 1 杨剑.瞬变电磁法在工程地质勘察中的应用J.中南矿治学院学报,1994,8. 2 李文录.电磁法在工程地质勘察中的应用J.华南地震,1992,6. 3 徐义贤.电磁学中的某些进展与电磁法的有关问题J.地球物理学进展,1996,2. 4 纵跃进,鲁金海,程建忠.瞬变电磁法探测陷落柱技术在袁庄煤矿的应用J.煤炭科学技术,2008,2. 5 吕国印.瞬变电磁法的现状与发展趋势J.物探化探计算技术,2007,10.