瞬变电磁法在水库探测的应用

瞬变电磁法在水库探测的应用

摘要：瞬变电磁法是一种新兴的物探方法,是基于不同岩、矿石电性差异,利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲电磁场,利用线圈或接地电极观测二次涡流磁场或电场的方法。

关键词：瞬变电磁法多测道剖面曲线图 视电阻率

1工程概况

胡家山水库径流面积31.8km3，枢纽主要建筑物有大坝、泄洪洞、溢洪洞及输水隧洞等。初选坝型为混凝土面板堆石坝，面板堆石坝最大坝高63.2m，坝顶高程1633.00m，正常蓄水位1626.50m，总库容1537.9×104m3。永久建筑物输水隧洞和溢洪道设计在右岸，临时建筑物导流洞设计在左岸，灌区工程中主干渠长约 25km，塘房分干渠长 4.78km，庙山分干渠长15.33km。水库属以解决农田灌溉及农村人畜饮水为主的中型水利工程，主要解决塘房、泼机两镇3.5 万亩农田灌溉及5.69万人、2.85万头牲畜的饮水困难。

2瞬变电磁法

瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Methods），简写为TEM。它是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。其数学物理基础都是基于导电介质在阶跃变化的激励磁场激发下引起的涡流场的问题。其工作原理为：通过地面布设的线圈，向地下发射一个脉冲磁场（一次场），在一次场磁力线的作用下，地下介质将产生涡流场。当脉冲磁场消失后，涡流并没有同步消失，它有一个缓慢的衰减过程，在地表观测涡流衰减过程所产生的二次磁场，即可了解地下介质的电性分布。该二次场衰减过程是一条负指数衰减曲线，如图1所示。

图1二次场衰减曲线图

一般来说，对于导电性差的地质体，二次场初始值较大，但衰减速度较快；反之，导电性良好的地质体，二次场初始值小，但衰减速度慢。二次场的衰减曲线早期主要反映浅层信息，晚期主要反映深部信息。因此，观测和研究大地瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电位的垂向变化。瞬变电磁场这一特性构成了TEM在适宜条件下区分不同地质体的基本原理。工程地质隐患则表现为该处的地层结构（物探以视电阻率或视电阻率常用对数值来表达）相对于周

围地层发生了显著的变化，因此该方法可用于探测工程地质隐患。

仪器野外工作方法及原理见图2。主机通过发射线圈向地下发射烟圈状磁脉冲，当磁脉冲遇到不均匀导电介质时形成涡流场，仪器断电后，涡流场衰减过程中形成的二次场以烟圈状辐射，接收线圈接收到返回地面的二次场信号并将其传输给主机进行处理、显示。

瞬变电磁法的特点表现为可以采用同点组合进行观测，使与探测目的物耦合最紧，取得的异常响应强，形态简单，分层能力强；在高阻围岩区不会产生地形起伏影响的假异常，在低电阻率围岩区，由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨；线圈点位、方位或接发距要求相对不严格，测地工作简单，工作效率高；有穿透低电阻率覆盖层的能力，探测深度大；剖面工作与测深工作同时完成，提供了更多有用信息。

图2仪器工作原理图

3瞬变电磁法探测实例

S1—S1´剖面：

根据有关规范及实地条件，该剖面勘测起点坐标为（35495727.0190,3043247.2050），勘测终点坐标为（35496164.0015,3043288.7408），剖面上各测点的具体位置均标注在附图S2—物探工作布置图。根据S1—S1´剖面瞬变电磁法视电阻率等值线拟断面图(见图3)，分析其电性特征可知：该剖面岩（矿）石基本呈近似水平缓倾斜层状分布；没有发现明显的岩溶异常；大致在4、5测点之间存在明显的电性标志异常变化，推测该处存在断层，其走向北北东，倾向南东东，倾角大于70°，该特征与地质调查的断层F04基本符合；大致在24测点处存在明显的电性标志异常变化，推测该处存在断层或节理裂隙，其走向北北西，倾向北东东，倾角大于70°，标示为F07；该剖面 7～13测点、标高1506～1518米之间存在物探高阻异常，推测该段存在煤矿采空区。

图3

根据有关规范及实地条件，该剖面勘测起点坐标为

（35495356.7113,3043386.2907），勘测终点坐标为（35495553.5712,3043351.4430），剖面上各测点的具体位置均标注在附图S2—物探工作布置图。根据S2—S2´剖面瞬变电磁法视电阻率等值线拟断面图（见图4），分析其电性特征可知：该剖面岩（矿）石基本呈近似水平缓倾斜层状分布；没有发现明显的岩溶异常；大致在8测点处存在明显的电性标志异常变化，推测该处存在断层，其走向北北东，倾向南东东，倾角大于70°，该特征与地质调查的断层F02基本符合；该剖面 11～21测点、标高1502～1512米之间存在物探相对高阻异常，推测该段存在煤矿采空区。

图4

S3—S3´剖面：

根据有关规范及实地条件，该剖面勘测起点坐标为（35495503.5635,3043335.0447），勘测终点坐标为（35495813.4384,3043380.6106），剖面上各测点的具体位置均标注在附图S2—物探工作布置图。根据S3—S3´剖面瞬变电磁法视电阻率等值线拟断面图（见图5），分析其电性特征可知：该剖面岩（矿）石基本呈近似水平缓倾斜层状分布；没有发现明显的岩溶异常；大致在19测点处存在明显的电性标志异常变化，推测该处存在断层，其走向北北东，倾向南东东，倾角大于70°，该特征与地质调查的断层F03基本符合；大致在41测点处存在明显的电性标志异常变化，推测该处存在断层，其走向北北东，倾向南东东，倾角大于70°，该特征与地质调查的断层F04基本符合；该剖面 1～30测点、标高1495～1515米之间存在物探相对高阻异常，推测该段存在煤矿采空区。

图5

S2—S2´剖面：

根据有关规范及实地条件，该剖面勘测起点坐标为

（35495626.3552,3043613.8781），勘测终点坐标为（35495838.8265,3043478.2845），剖面上各测点的具体位置均标注在附图S2—物探工作布置图。根据S4—S4´剖面瞬变电磁法视电阻率等值线拟断面图（见图6），分析其电性特征可知：该剖面岩（矿）石基本呈近似水平缓倾斜层状分布；没有发现明显的岩溶异常；大致在7测点处存在明显的电性标志异常变化，推测该处存在断层，其走向北北东，倾向南东东，倾角大于70°，该特征与地质调查的断层F03基本符合；大致在31测点处存在明显的电性标志异常变化，推测该处存在断层，其走向北北东，倾向南东东，倾角大于70°，该特征与地质调查的断层F04基本符合；该剖面在标高1480～1495米之区间均为物探相对低阻异常，推测该剖面不存在煤矿采空区。

图6

4结束语

瞬变电磁法是利用不接地或接地线源向地下发送一次场，在一次场的间歇期间，测量由地质体产生的感应电磁场随时间的变化。根据二次场的衰减曲线特征，就可以判断地下不同深度地质体的电性特征及规模大小等。由于该方法是观测纯二次场，消除了由一次场所产生的装置偶合噪音，具有体积效应小、横向分辨率高、探测深度深、对低阻反映灵敏、与探测地质体有最佳偶合、受旁侧地质体影响小等优点。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

S4—S4´剖面：