小回线装置TEM 法在病害地质勘察中的应用

毕明丽BI Ming-li

（长春工程学院，长春 130000）

（Changchun Institute of Technology，Changchun 130000，China）

0 引言

近年来，瞬变电磁法（TEM）作为电磁勘察方法中最常用的一种，其主要是利用一定波形的电流场激发，在一次场断电后对二次场随时间的衰减特性进行密切观测。瞬变电磁法（TEM）因其具有较多优点，如随机干扰小、低阻体灵敏度高、体积效应小、纵横向分辨能力高、操作简单、工效高等，在地质勘测中得到了广泛的应用。随着病害地质情况的增加，将瞬变电磁法（TEM）应用于此，能有效地防止灾害的发生。本文就小回线装置TEM 法在病害地质勘察中的应用进行了分析，并提出了采用5m 边长中心装置回线对800m 深地质进行勘察，实现了小回线探测大深度，扩大了TEM 法的勘察范围。

1 瞬变电磁法TEM 概述

目前，我国各项工业生产发展迅速，对能源的过度开发势必会引起地质的病害情况发生，尤其是对于煤矿、工程建设等需要对地质进行严格勘察的工程。瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）是一种时间域电磁法勘察技术，其主要原理是在基于下岩矿石的导磁性和导电性差异基础上，对地下电磁场时间和分布规律采用电磁感应原理进行观测和研究，从而实现寻找地下良导电性矿体和有效解决地质问题的目标。瞬变电磁法具有诸多优点，比如通过多次脉冲激发，场的重复测量叠加，能有效地提高信噪比和观测进度；人工源方法能压制随机干扰，穿透高阻层能力较强；不同观测时间窗口的选择，其获取的探测深度不同。

当其他条件固定不变时，其频率f 主要决定了人工源频率域电磁勘测的深度；其二次衰减时间t 决定了时间域TEM 法探测深度。在1989年有人提出电磁法的理论，在某一频率或者时间内首先对地下异常物进行勘测，这往往取决于异常体的埋深和上覆地层的平均电阻率，人工源、接收形式以及它们的距离通常与其无关。在对病害地质实际勘察中，为获取足够强的信号，可以采用不同大小回线进行测试。如Spies 提出的：探测到信号与否往往与探测仪器的精度、灵敏度以及信号强度、环境噪音密切相关，这些因素同样影响着观测系统。对TEM 法而言，若想获得预期的有效信号，扩大勘察的应用范围，就必须改变装置，可以采用小回线大电流的方式，以此提升发射磁偶极矩，通过接收线圈匝数的增加，以此提高装置的灵敏度。只有确保这两方面的正常，才能有足够的二次场衰减信号以供采集，从而增加勘察深度。

2 实际应用

近年来，对小回线装置瞬变电磁法TEM 对更大深度地质的勘察研究是地质部门和全社会共同关注的课题。根据增大发射线圈电流和提高接收探头灵敏度的理论，采用中心小回线装置进行地质勘察，经实践证明均取得了良好的勘察效果，对维护工程的稳定性奠定了坚实的基础。

2.1 对门头沟地区的煤矿进行勘察，由于周围建筑物较为密集，需要采用回线边长5m 的TEM 法，通过高分辨电法与其对比和打钻验证，探测有效深度高达150m 以上，其打钻验证成功率高达80%。后续对四川、云南、湖南等地区的公路隧道进行探测，其探测深度在800m 左右，并取得了良好的地质勘察效果。对云南某地区进行TEM法勘察，采用回线边长5m，探测深度300m，地层电性显示在剖面起点50m 处有一断层，300m 处有一130m 深的出水点，主要为低阻岩溶发育带区域。

2.2 对重庆某地区公路隧道地质构造进行探测，由于该地区地形起伏较大、坡陡林密，若想对埋深较大的地质进行探测，不宜选择合适的便捷物探方法。因此可以采用小回线5m 的瞬变电磁法，根据地层界面阶梯起伏的情况推断该地质有5 条断层。

2.3 南方某地区边坡基岩为石灰岩，坡度较陡，物探施工存在较大的难度。采用中心小回线装置瞬变电磁法探测比较方便，顺着边坡走向布线，可以看出在地下30m 左右处有一明显的低阻带，由于在测线100m 处有断续的塌陷，初步分析该低阻带应该是充水充泥岩溶带。

2.4 湖南某公路隧道地貌低矮石林、地质为白云质灰岩山，且其表面高阻部分存在大量的风化灰岩块体，下面低阻带是泥质与风化灰岩碎块的混合物。利用中心小发射回线装置瞬变电磁法进行探测，发现其测线280m 存在断层，主要表现为X 形高阻条带。同时在深100m 处有明显的裂隙存在。

2.5 对某隧道风化带及构造进行探测，隧道经过的地层，测线小于450m 为花岗岩，之后为片麻岩。采用小回线装置TEM 法进行探测，其表层为低阻风化带，更深部逐渐表现为高阻新鲜基岩。虽然花岗岩和片麻岩电阻率都显示为高阻，但是穿插于它们的石英岩脉呈现更高的电阻率，在地面隐约可见。

2.6 在对煤矿积水采空区进行勘测，由于本区地貌呈现高原侵蚀性丘陵，地形纵横切割，地表起伏较大，基岩裸露、植被稀少，其地下水主要为承压水，含水层补给条件差。如果采用大回线有一定的难度，对各方面因素进行综合，采用小回线装置TEM 法，电流为6A，频率为6.25Hz。对探测结果分析，垂直地面方向探测，主要反映了136m深度范围内的电性变化，断层中部电阻率相对较高，其深部电阻率相对较低，主要是由于近场区和关断效应的影响。本区西侧边界60m 范围内的低阻异常区有积水，富水性一般。通过井下钻探放水试验进行验证，其含水区范围和水量与TEM 法结果差别不大。

3 结束语

由于煤巷、隧道地形地貌较为复杂，如果采用大回线TEM 法进行勘察存在一定的困难。小回线装置TEM 法具有操作简单、工效高、分辨能力高等优势，提升了对复杂地区病害地质勘察的准确性和方便性，同时为隧道、巷道中超前探测更深距离奠定了基础，扩大了探测范围，解决了小回线勘察不同深度病害地质问题。

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