可控源大地電磁法在地質災害勘察中的應用分析

王智

（重慶長江工程勘察設計院有限公司 重慶市渝北區 401147）

可控源大地電磁法在地質災害勘察中的應用分析

王智

（重慶長江工程勘察設計院有限公司 重慶市渝北區 401147）

在人類活動中自然地質災害是比較常見的。近幾年，科技迅猛發展，尤其是可控源大地電磁法的應用，給地質災害勘察工作帶來了極大的便利，為抗震防災提供了有價值的地質信息。在地質災害勘察工作中，斷層勘察是十分重要的，本文介紹了可控源大地電磁法，并以礦區地質災害勘察為例，就其實際應用做出了探討。

可控源大地電磁法；地質災害勘察；應用分析

在地質災害勘察工作中，應用可控源大地電磁法具有較強的經濟性，不容易受到地形的影響，且有利于控制勘察成本，對提升勘察工作的便捷性和勘察深度有積極作用。近幾年，科技迅猛發展，計算機技術得到了十分廣泛的應用，在地質勘察工作中，野外探測儀器數字化程度日益提高，提高了地質勘察的精密度，推動了地質勘察工作的進步。其中，可控源大地電磁法作為數字化野外探測儀器的佼佼者，有力保障了地質勘察工作的發展。本文即以某石膏礦區為例，對可控源大地電磁法的實際應用做出了探討。

1 可控源大地電磁法概述

1.1 技術簡介

作為一種探測方法，可控源大地電磁法的一大優勢就是人工可控場源的使用，與天然場源相比，人工可控場源的信號強了很多，彌補了使用天然場源信號弱的缺陷。但是，應用可控源大地電磁法，后期處理工作變得不再簡單。一般，可控源大地電磁法可分為三種，分別為張量、矢量和標量可控源大地電磁法，而在地質勘察工作中，應用標量可控源大地電磁法較之其他兩種可控源大地電磁法有著更強的經濟性，且使用便捷性強[1]。同時，對一個場源，應用標量可控源大地電磁法還能觀測兩個分量，所以，標量可控源大地電磁法的應用是三種可控源大地電磁法中最為廣泛的。

1.2 技術實現原理

可控源大地電磁法的應用信號源是接地水平電偶源，彌補了地質勘察工作中天然場源信號弱的缺陷，是頻率域電磁勘察的一種。在地質勘察工作中，應用可控源大地電磁法激發地下巖石，是借助人工場源實現的，電位差在有電流時產生，場電位在此時也得以接收。鑒于頻率、深度這二者的數字關系，加上場源頻率以及巖石電導率的差別，底層中傳播深度會有不同，同時也會產生不同的磁場和電位。而在地質勘察工作中，對地質情況斷層的勘察作業應用可控源大地電磁法就是以巖石導電率的不同以及磁場強度變化為依據的。

作為地質勘察的新型技術，可控源大地電磁法最早出現在20世紀80年代，基于電磁傳播及麥克斯韋方程組理論提出的，計算得出地下視電阻率公式。其中，s為地下的視電阻率，f為頻率[2]。從這一公式中可以看出，獲得視電阻率s，只需得到正交水平電磁場（Ex，Hy）即可。

同時，以電磁波趨膚效應理論為基礎，經過計算又可得出趨膚深度公式：。其中，d為有效探測深度。從這一公式中可以看出，若地下的視電阻率s不變，頻率f增大，有效探測深度d會隨之減小，也就是說同一電阻率條件下，低頻下的有效探測深度大[3]。分析這一公式得出，在地質勘察工作中，要探測不同深度底層，只需要做好頻率控制即可，這樣就可以得到不同深度地層的數據信息。然后，對比視電阻率s，分析其變化，就可以對地質特征做出一定判斷，從而得出接觸帶的空間分布情況[5]。

2 可控源大地電磁法應用

2.1 應用現狀

在地質勘察工作中，應用電磁法促進了地質勘察的發展。其中，在盆地基底的研究工作中，可控源大地電磁法不僅應用廣泛，且便利性強。尤其是近幾年，可控源大地電磁法在應用中的成績顯著，漸漸被地質學家認可，一度躍為新型地質勘察的佼佼者[6]。對于工程單位來說，必須首先了解地質情況，解決地質問題，而在地質勘察工作中通過對可控源大地電磁法的應用，可以保障地質勘察工作的高效進行。但是，可控源大地電磁法也是有一定的應用缺陷的，在應用中受到場源干擾，電磁場“合齊次”會因此而無法得到滿足[7]。此外，應用可控源大地電磁法還需引入發射機，這不利于地質勘察的野外作業。

2.2 應用實例

應用可控源大地電磁法的基本原理進行地質勘察工作，電磁波是平面波，要想入射到地層，只有在垂直的條件下才能實現，根據光的折射定律做出對電磁波能量的分配。

在實際地質勘察中，以某石膏礦區為例，應用可控源大地電磁法進行對該地區的探測。該石膏礦區大部分是水田耕地，基巖裸露，地面標高大于10m，且不超過20m，嚴重干擾了數據采集工作。同時，該石膏礦區附近為輸電、通訊線路，也影響了磁場觀測。該石膏礦區地層發育較好，有至少3100m的沉積厚度，其中，勘測區受控邊界斷層，有大幅斷陷斷塊，斷陷結構不完整。對該石膏礦區進行地質勘勘察，如果用傳統的勘察手段，很容易受到環境影響，探測深度也無法符合標準，根據該石膏礦區的實際地層情況，勘察作業需應用可控源大地電磁法。

一般條件下，若是在1～2km范圍的探測深度，超出6km的區域都是遠區[8]。同時，若平面電磁波超出60°，且在此基礎上，在1～2km范圍內收發測線，要保證觀測信號強度不受干擾，則需要改善導線電阻。在該石膏礦區應用可控源大地電磁法進行地質勘察作業，工作參數為：不超過50Ω的接地電阻、20m的測線點距、1000V電壓、20A電流、5500～8000m范圍內的收發距離以及1200m的發送極距。

3 分析與結論

3.1 數據處理分析

處理得到的觀測數據，得出視電阻頻率點圖曲線如圖1所示。

圖1 視電阻頻率點圖曲線

統計數據并對數據進行對比分析，為更好認識該曲線，結合鉆孔測井信息，正演地電模型。同時，對上述數據做出了MTsoft2D處理，進一步明確了該石膏礦區的斷層，得出反演結果如圖2所示。

圖2 MTsoft2D處理反演圖

一般，斷層發育處會有巖石破碎，且會受到地下水的溶蝕，由此導致此處沒有較高的巖石電阻率，且巖性、斷層性質也會影響電阻率下降大小，根據這種電性信息就可以對斷層所處位置進行判斷。從MTsoft2D處理反演圖可以看出，變化不同的地方在中部，剖面較淺處沒有較高的視電阻率。同時，從圖中還可看出有的區域無均勻橫向分布，由此可以判斷斷層處在該區域的可能性比較大。

3.2 應用結論

（1）視電阻頻率點圖曲線為KHA和QHA這兩種類型，做相干加強處理，并進行多次疊加操作，可以實現對干擾的壓制。探究深部地層電性變化，可以電性資料為依據，石膏層中高阻異常。鑒于石膏水化影響，加上含水因素等，若有斷層破碎帶，一般能夠看到低阻異常出現。

（2）根據探測數據及處理結果，結合已知鉆孔資料，應用可控源大地電磁法可有效判斷斷層位置，地電關系明確，具有十分重要的地質意義。同時，在地質勘察工作中發現，應用可控源大地電磁法還需繼續提升數據采集水平，從而做到對石膏層頂界面深度的更好控制。

（3）以某石膏礦為例，根據該石膏礦特點，應用可控源大地電磁法，從勘察結果來看，該技術給地質災害勘察工作提供了較大便利，經濟性強，安全性高且十分可靠，值得得到大范圍推廣。

4 結語

綜上所述，在地質勘察工作中，有效應用可控源大地電磁閥對于保障勘察工作順利進行有積極意義。科技發展日新月異，在今后的時間里，電磁法技術將會更加先進，需繼續探討其在地質勘察工作中的應用，以便更好推動地質勘察工作的發展。文章介紹了可控源大地電磁法的技術實現原理和應用現狀，以某石膏礦區為例，分析該石膏礦特點，應用可控源大地電磁法對該地區進行探測，根據數據分析，判斷斷層位置，給地質災害勘察工作帶來了極大的便利。

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1004-7344（2016）04-0198-02

2016-1-21