瞬變電磁法在水利工程冬季勘察中的應(yīng)用分析

張偉，許昕鵬

（江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)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(shè)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(jìn)技術(shù)，近年來在我國水利工程中應(yīng)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(yīng)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(shù)。其基本原理為電磁感應(yīng)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(yīng)用，使用接收線圈接收瞬變二次磁場，地質(zhì)體導(dǎo)電性會在極大程度上決定其強弱與時間特性。相關(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(yīng)，并且分層能力強，形態(tài)也并不復(fù)雜；（3）對線圈方位、點位以及接發(fā)距離并不是特別嚴(yán)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，深度也非常可觀；（5）能同時完成剖面測量與測深任務(wù)，進(jìn)而為勘察人員提供更多的有利信息。

3 瞬變電磁法應(yīng)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(wù)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(fù)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(gòu)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(gòu)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(jìn)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(shè)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(fēng)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(jìn)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(guān)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(fēng)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常可觀，適用范圍相對十分廣泛；（2）合理應(yīng)用大定源回線，中心區(qū)域能夠在一次布設(shè)中進(jìn)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(shù)應(yīng)用的科學(xué)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(zhǔn)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(zhǔn)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(chǔ)。