■尤善清

（江苏省地质工程有限公司江苏南京210018）

瞬变电磁法在水文地质勘探中的应用

■尤善清

（江苏省地质工程有限公司江苏南京210018）

运用瞬变电磁法在水文地质勘探中起到的作用非常重要，并且其勘查的结果是可行而且有效的。这种方法勘查的深度相对比较大，分辨能力也非常强，受到地形影响比较小，工作效率也能够得到充分的保证，能为水文地质勘探提供非常有参考意义的调查线索。在某些工程建设之中，需要对一定深度的水文地质结构进行详细的勘查，了解其是否存在地下暗河，以确保工程的安全性和稳定性。

水文地质瞬变电磁法勘探技术资料分析

1　瞬变电磁探测基本原理及技术方法

水文地质勘查指的是调查、研究并解决各类建筑工程以及人类活动中涉及到的各种地质问题的科学。水文地质勘察的目的是为了查明各种工程地区的地质条件，客观评价工程地区内的各种地质问题，预测建筑工程过程中可能出现的地质条件的变化以及对建筑工程的影响，选择最优的施工地点，并对针对施工地区的不良地质问题提供解决方案，确保建筑工程的顺利施工以及正常使用。工程地质研究的主要内容有确定岩土成分、物理化学与力学性质、组织结构以及对建筑工程稳定性等方面可能造成的影响，对岩土进行工程地质分类，在此基础上改善岩土的建筑性能。在过去的工程勘察工作当中，很多方法都没有结合施工需要以及基础设计综合评价地下水对岩土工程的具体影响甚至危害。而目前经常运用的是时间域瞬变电磁法。

瞬变电磁法是一种利用不接地回线湖综合接地线源向地下发送一次脉冲磁场，然后地下的导电地质在脉冲磁场的激发之下，感应出涡流，并且根据涡流的大小来判别地质体的导电程度，从而在空间形成二次瞬变磁场。第一次脉冲磁场随着脉冲电流的关断而会出现崩溃，但是第二次瞬变磁场却不会立即消失，而会有一个衰减的过程，这个衰减的过程是按照时间指数的规律递变的。因此，根据第二次涡流场能够对导电体的规模、产状以及电性进行判别，从而解释地下介质的电性结构，帮助了解地质结构。

2　瞬变电磁法资料处理方法

2.1瞬变电磁法

对验收合格的原始资料，室内组进行预处理并计算出每个测点的视电阻率值，绘制视电阻率断面图，为定性分析和定量解释提供基本图件。视电阻率的计算使用晚期视电阻率公式。

式中t为测道时间，M为发送磁距，q为接收线圈的有效面积，V（t）为感应电压。实际观测的是归一化感应电压V（t）/I，因此上式的实际应用式为：

式中A为发送回线面积，V（t）为观测值。

2.2资料定性分析

资料的定性分析是资料定量解释的基础，也是定量解释成果的重要依据。通过对平面图及断面图进行综合分析，推测区内的地质结构轮廓。瞬变电磁和直流电测深联合勘测，依据电测深法勘探原理及地下人工电场分布特征，当地层沉积分布均匀，视电阻率均匀变化；如遇有砂层、砂砾石层诸多因素影响，相对沉积分布均匀的地层而言，视电阻率值相对变大，结合区内钻孔资料，进行综合对比分析解释，将所获得资料进行地质分层，从而确定砂砾石及黏土层异常分布范围。

瞬变电磁资料的处理和解释工作是同时进行的，它们之间存在一种从实践到认识的过程。资料解释是建立在资料处理后的视电阻率断面图的基础上。瞬变电磁资料的解释首先依据钻孔资料及电测深的电性分层建立正演模型，然后将单点数据进行一维反演，确定目的层所对应的瞬变电磁采样道（深度），抽取各目的层位的视电阻率值作顺层平面图，结合各条测线的视电阻率断面图对测区内黏土及砂砾石层分布异常进行解释。对黏土和砂砾石层异常分布的解释不仅要从定性图件上进行分析，而且要结合单点数据和单支衰减曲线进行综合解释，最终综合计算的视电阻率和已知钻孔资料及各个测点的正反演解释结果，使解释结果更加准确。以某区K9线为例分析瞬变电磁测线绘制的视电阻率等值线断面图（见图1），上部等值线均匀分布，视电阻率在（80～120）Ωm，分析为第四系亚砂土、砂质黏土的电性反映；中部等值线阻值为40Ωm的相对低阻等值线封闭圈分布，是第四系黏土层的电性反映；等值线阻值为70Ωm的相对高阻等值线封闭和半封闭圈分布，是第四系砂砾石层的电性反映；下部等值线呈不均匀的起伏分布，视电阻率值在（50～80）Ωm之间变化，分析为第四系黏土层与砂砾石层相间沉积的综合电性反映。

3　瞬变电磁探测施工方法

3.1施工仪器

施工中采用TEM-47（增强型）瞬变电磁仪，仪器探测精度高，盲区小，抗干扰能力强装置主要参数为：接收机PROTEM-RECEIVER，时间门20/30，信号分辨率24位，包括1个符号位，系统分辨率29位。发射机TEM-47，基本频率30，15，285Hz。

3.2施工方法

采用TEM法进行观测。TEM法观测的是二次场，因此对低阻异常体特别灵敏，是探测含水层及其富水性、构造及其含水情况的主要手段。1102改造工作面瞬变电磁勘探采用偶极布置方式，偶极工作方式布置的优点是精度高，利于运输巷道条件下的作业。1102工作面瞬变电磁勘探工程施工测线6条，即回风巷底板垂探线，测线长330m，点距10m，实测物理点34个；回风巷帮内450俯探线，测线长330m，点距10m，实测物理点34个；运输巷底板垂探线，测线长340m，点距10m，实测物理点35个；运输巷内帮450俯探线，测线长340m，点距10m，实测物理点35个；切眼底板垂探线，测线长60m，点距10m，实测物理点7个；切眼内帮450俯探线，测线长60m，点距10m，实测物理点7个实测施工共完成测线长1460m，物理点152个。

3.3资料处理

（1）原始数据整理。首先要对采集到的数据进行格式转换、两次优选、滤波，消除噪声，对资料进行去伪存真。

（2）时深转换。瞬变电磁仪器在井下观测到的是二次场电位随时间的变化，为便于对资料的认识，需要将这些数据变换成电阻率随深度的变化，即进行一维层状反演处理。

（3）绘制视电阻率断面等值线图。①从时深转换后的数据中选出每个测点的数据，绘制各测点的视电阻率单曲线图，分析每个测点的视电阻率单曲线类型；②绘制各测线的视电阻率断面图，即沿每条测线电性随深度的变化情况；③结合已知地质资料分析测区内主要地层、地质构造，将电性异常转换成地质异常。

3.4资料解释

资料解释是根据编绘的视电阻率断面等值线图，结合地层相对视电阻率高、低阻电性分布情况，测区水文地质资料，判断探测范围内岩层的赋、导水性及其分布情况等。根据岩石电阻率实验室测试结果可知，灰岩、粉砂岩、细砂岩与中砂岩间存在一定的电性差异，砂岩与煤层、泥岩间的电性差异明显。不同岩性地层电阻率大小关系大致为：泥岩＜泥质粉砂岩＜细砂岩＜粗砂岩＜煤层＜灰岩。本次工作区域围岩的岩性以泥岩为主，根据上述关系可知，泥岩电阻率值较低，会使探测结果整体电阻率值较低。这与实际探测结果一致。通常情况下在探测的目的地层是高阻砂岩或高阻石灰岩地层，其视电阻率断面等值线图反映为在高阻背景值上出现低阻异常，该低阻异常一般为地层破碎，多为裂隙或岩溶裂隙发育所形成的赋水异常。该低阻异常越低，即电性差异越大，往往赋水性较强。

4　治理措施与应用前景分析

4.1治理措施

通过物探手段后，首先圈画出底板某区域，然后制订有效治水措施。一般来说，疏水开采是有条件的，对于含水丰富、补给条件好、水压高的承压含水层，就不宜采用疏降方法；同时，对于某些含水层可以疏降，但疏降规模受矿井排水能力的限制，因此采取疏降方法时应考虑条件是否允许。结合实际来看，1102工作面标高在+105m以上，回风大巷标高为+75m，两巷间距离为60m，排水设施齐全，有利于底板水的疏放，因此可采用疏水降压的方法治理水害在1102工作面布置了疏放钻孔，后期对该面回采期间的出水量进行观测，出水量约1m3/h，回采过程中已不受水害威胁。

4.2应用与前景

通过瞬变电磁技术的使用，在遇水文地质条件复杂的矿井环境，物探设备能承受住各种压力，经受各种条件限制的考验。在以往的简单水文探测过程中，它已经开始崭露头角，如今在水文地质条件复杂，且水文地质勘探资料较少的情况下，能发挥出这样的水平，是仪器本身应有的职能，也是物探技术发展的结果。目前瞬变电磁技术不但可以应用于岩巷水的探测，还能运用于煤巷水文探测、地面水文地质探测；探测的形势及范围可以根据形势设定；可以对整个运输巷道、抽放巷道的探测、检测整个预采工作面、回采工作面的积水情况，采用三维立体成像，结合采掘平面图进行综合分析，有效的掌握采掘周围含水情况。

5　结语

瞬变电磁技术的不断发展，必将给矿井的生产带来至关重要的影响。如今的节能减排，降成增效的角度，都是不错的选择。通过大面积的探测，快速准确的掌握采掘的一手资料，为采掘工作提供较为可靠的依据。随着科学技术的创新，瞬变探测将越来越精确，结构成图思路将越来越清晰，对未知领域的认知度将越来越明朗化，综合利用率将越来越高。

［1］陈载林，黄临平，陈玉梁.我国瞬变电磁法应用综述 ［J］.铀矿地质，2010，26（1）：51-54.

［2］董俊领.浅谈瞬变电磁法在水文地质勘探中的应用 ［J］.城市建设理论研究：电子版，2012，（22）.

［3］刘小平，刘森，钟秋.瞬变电磁法探测水文地质因素在复杂地表条件下的应用 ［J］.地下水，2014，（1）：117-118.

P641.4+3［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-191-2