瞬變電磁法在水利工程冬季勘察中的應用分析

張偉，許昕鵬

（江蘇省工程勘測研究院有限責任公司，江蘇揚州225000）

1 引言

隨著我國綜合實力的不斷發(fā)展，國家對水利工程建設的重視程度也越來越高，但是，由于多數(shù)水利工程施工現(xiàn)場具有地形陡峭的特點，所以，通常情況下，前期工程勘察工作開展的難度都比較大。瞬變電磁法作為新時期的先進技術，近年來在我國水利工程中應用的范圍也愈發(fā)廣泛，尤其是對于部分巖體出露區(qū)域，在冬季勘察且存在凍土覆蓋的情況下，傳統(tǒng)的接地類電法難以發(fā)揮全部作用，此時，可以通過對瞬變電磁法的有效應用，實現(xiàn)低溫環(huán)境下對指定工程的勘察。

2 瞬變電磁法概述

2.1 瞬變電磁法的主要原理

瞬變電磁法（TEM）實際上是一類時間域電磁法，是無損探測法中的代表技術。其基本原理為電磁感應定律，脈沖式一次磁場由發(fā)射線圈中的脈沖電流形成，通過對斷電間隙時間的應用，使用接收線圈接收瞬變二次磁場，地質(zhì)體導電性會在極大程度上決定其強弱與時間特性。相關人員可以通過對斷電之后各時間段場強衰減的具體情況展開分析，如此確定地電分布實際狀態(tài)。若導電性差，地質(zhì)體瞬變二次場峰值大，則衰減速度比正常值快；若導電性好，地質(zhì)瞬變二次場峰值小，則衰減速度比正常值慢[1]。

2.2 瞬變電磁法的主要優(yōu)勢

瞬變電磁法的主要優(yōu)勢包括：（1）促進功率靈敏度提升，在增強信噪比的同時增加勘探深度；高阻圍巖地區(qū)由地形起伏所致的假異常現(xiàn)象基本不會出現(xiàn)；（2）勘探低阻圍巖區(qū)時,在多道觀測方式的作用下，不難分辨早期的地形影響，可以根據(jù)實際情況通過同點組合展開觀測，以獲得更強的異常響應，并且分層能力強，形態(tài)也并不復雜；（3）對線圈方位、點位以及接發(fā)距離并不是特別嚴格，測地工作簡單且高效；（4）對低阻覆蓋層而言有較高的穿透能力，深度也非?？捎^；（5）能同時完成剖面測量與測深任務，進而為勘察人員提供更多的有利信息。

3 瞬變電磁法應用于水利工程冬季勘察的策略

3.1 案例工程概況

本文以位于我國北方的某水庫為研究對象，其具體任務為冬季勘察，壩址區(qū)河谷無顯著階地特征，且呈“U”形；上壩址左岸壩基與下壩址右岸壩基，均由區(qū)域性斷層F1貫穿，隱伏斷裂沿河展布，受到擠壓影響而出現(xiàn)的破碎帶，可能會在一定程度上作用于壩基滲漏，同時，將可研審查意見“需要對壩址區(qū)河床部位的順河向區(qū)域性斷裂的性狀予以查明和復核”作為根據(jù)。除此之外，由于施工期處于氣溫較低的冬季，時域瞬變電磁法相比較來講，不易受凍土高阻屏蔽層的影響，不會影響勘探效率與質(zhì)量，因此，在此工程中使用瞬變電磁法非常有利。

3.2 工程地質(zhì)情況

測深范圍內(nèi)屬于由上而下的河床與河漫灘地層巖性：角礫晶屑玻屑凝灰?guī)r、局部夾薄層凝灰質(zhì)砂巖或者晶屑玻晶凝灰?guī)r，是侏羅系上統(tǒng)瑪尼吐組中的主要構成；沖積沼澤堆積砂礫石層，基本上以8~16m的分布厚度為主；侏羅系上統(tǒng)瑪尼吐組含角礫晶屑玻屑凝灰?guī)r，是山體組成巖體的主要構成；山頂由近水平狀分布的第三系上新統(tǒng)五叉溝組玄武巖覆蓋，這是臺地的源頭。

3.3 作業(yè)人員提前做好布置工作

作業(yè)人員需進行瞬變電磁探測測線的合理布置，線數(shù)量大約為6條，測線間的距離需控制在30~40m；測線長度需要勘探人員根據(jù)現(xiàn)場實際情況來決定，但基本上需處于300~900m。測試過程中使用V8 System2000.net多功能電法儀，并將工作參數(shù)調(diào)整至以下狀態(tài)：發(fā)射電流10A，使用雙頻掃描的模式，工作頻率設置在5Hz以及25Hz[2]。

3.4 合理分析電性特征

埋深范圍大概為40m，低液限黏土、砂礫石以及下伏基巖由上至下分布，電阻率為 15~155Ω·m、90~560Ω·m、80~300Ω·m；在埋深逐漸增加的情況下，基巖電阻率與其成反比，呈遞減趨勢；河床局部粗粒砂礫石電阻率為1080~1170Ω·m，為40~100m埋深的基巖電阻率約為60~180Ω·m。根據(jù)瞬變電磁試驗結(jié)果可以觀察出，淺部低液限黏土與砂礫石的綜合體視電阻率為25~100Ω·m；風化等級不同的基巖視電阻率均處于75~560Ω·m的范圍內(nèi)。

3.5 水利工程冬季勘察成果

通過對各測線探測結(jié)果進行分析可知探測范圍內(nèi)主錯動斷層（F1）以及在影響帶中形成或次生小斷層的空間狀態(tài)。同時，推測左岸完整性較差巖體的邊界以及于周圍地面的出露位置，本文主要將勘察成果總結(jié)為以下5點：（1）在關斷時間的影響與約束下，勘察人員難以有效獲取淺部信息，即所探測到的淺部覆蓋層厚度與電阻率值，并沒有較高的可信度；（2）在主斷層（F1）錯動帶位置已經(jīng)掌握的情況下，明確得知其于樁號450~550m間分布，與各測線所得出的位置對比來看，存在一定的差異，探測范圍內(nèi)走向大致在NE50°~NE60°、傾向SE、視傾角70°~80°；（3）能夠觀察到主斷層錯動帶左側(cè)斷層帶，或斷層影響帶大概處于測線揭露范圍分布寬度450m的范圍內(nèi)，其中存在2條伴生或次生的小斷層發(fā)育；（4）主斷層錯動帶右側(cè)相比較來講，不易受到斷層影響，巖體完整度相對較高；（5）將巖體視電阻率分布實際情況作為根據(jù)，主斷層錯動帶內(nèi)巖體相對來講更加緊密，也并不具備很強的滲透性，風化深槽部位巖體在發(fā)育區(qū)為伴生或次生小斷層的情況下，具備更強的滲透性。

經(jīng)過本次水利工程凍土覆蓋區(qū)勘探工作，對瞬變電磁法的有效運用，F(xiàn)1斷層的影響寬度、巖體破碎狀態(tài)與走向等因素基本上均以明確，由此可見，瞬變電磁法在水利工程冬季勘探中是非常有效的[3]。

3.6 結(jié)論

經(jīng)實踐證明：（1）使用將不接地回線發(fā)射與接收的方法，不會出現(xiàn)接地電阻的問題，即使勘探區(qū)域在冬季處于凍土覆蓋狀態(tài)，所取得的探測成果也非?？捎^，適用范圍相對十分廣泛；（2）合理應用大定源回線，中心區(qū)域能夠在一次布設中進行多條平行測線的采集，在不易受地形影響的同時，在一定程度上提升工作效率；（3）這種方法可以在接地條件較差的區(qū)域推廣，能對常規(guī)的接地類電法起到有效的輔助作用；（4）在使用瞬變電磁法的過程中，只要能保證野外方法技術應用的科學性與工作裝置的合理性，同時，控制好回線邊長與發(fā)送頻率，再使反演軟件的有效運用得到保障，即使存在一定程度的電磁干擾，勘探效果也基本上不會受到影響。

4 結(jié)語

總之，瞬變電磁法相比較其他方法來講，不僅受地形的影響較小，還具備不易受干擾、工作效率高等優(yōu)勢，對水利工程勘察效率與質(zhì)量的提升非常有利，勘察人員可以通過對瞬變電磁法的有效運用，獲取對水利工程準確有效的資料，在確保對研究區(qū)巖性地層、斷裂展布、不良地質(zhì)以及地下富水情況掌握準確的情況下，為日后水利工程冬季勘察工作的順利實施奠定牢固基礎。