基于大地電磁法在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用探究

李 雪

（遼寧省第九地質(zhì)大隊(duì)有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺 112000）

隨著科技的不斷創(chuàng)新，物探技術(shù)已經(jīng)得到長(zhǎng)足發(fā)展，尤其是近些年來(lái)大地電磁法的持續(xù)推進(jìn)使得我國(guó)在工程地質(zhì)勘查領(lǐng)域取得豐碩的成果。一般說(shuō)來(lái)，大地電磁法常用于對(duì)地質(zhì)礦產(chǎn)資源的勘查和開(kāi)采，當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)有多個(gè)城市相繼使用大地電磁法對(duì)深層礦山實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)的勘查和礦產(chǎn)的開(kāi)采，并且獲得了較為顯著的經(jīng)濟(jì)收益。大地電磁法有三種方法，即MT（大地電磁法）、AMT（音頻大地電磁法）、CSAMT（可控源音頻大地電磁法），這三種大地電磁法都有各自的優(yōu)勢(shì)，目前用得最為廣泛的大地電磁法是CSAMT，CSAMT是為了解決AMT天然場(chǎng)源信號(hào)弱、信號(hào)干擾大等問(wèn)題而誕生的一種利用人工電磁場(chǎng)源來(lái)發(fā)射電磁波從而實(shí)現(xiàn)電磁勘探的方法，它也是基于AMT和MT技術(shù)原理的結(jié)合而出現(xiàn)的電磁勘探技術(shù)，從某種程度上講，CSAMT操作技術(shù)更加先進(jìn)，工程勘查效果更為顯著，而且它對(duì)于深部地質(zhì)礦產(chǎn)的勘查和地下礦層的分布預(yù)測(cè)具有重要意義。筆者將于下文展開(kāi)對(duì)大地電磁法基本理論的闡述以及探究大地電磁法在實(shí)際工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用，以供讀者參考。

1 大地電磁法概述

1.1 大地電磁法優(yōu)勢(shì)分析

大地電磁法施行時(shí)高頻電磁場(chǎng)的頻率不同，其探測(cè)的地質(zhì)深度也會(huì)有所不同，因此只需改變電磁場(chǎng)的頻率就能獲得不同地層深度的電性信息，這極大便捷了工程地質(zhì)勘查的操作進(jìn)程。大地電磁法的施行形式主要是通過(guò)計(jì)算電磁場(chǎng)的場(chǎng)值，利用這些場(chǎng)值來(lái)研究地電參數(shù)的變化，然后再利用大地電磁法來(lái)進(jìn)行深部地質(zhì)頻率域的測(cè)探。大地電磁法是一種被動(dòng)源的技術(shù)，它具有區(qū)域性分布和全球性分布的特征，主要是通過(guò)觀測(cè)電磁場(chǎng)的變化來(lái)達(dá)到地質(zhì)探測(cè)的目的。大地電磁法是當(dāng)前我國(guó)對(duì)工程礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行分析的主要手段，它能夠探測(cè)到地層深度達(dá)幾十公里的地質(zhì)情況，這對(duì)工程地質(zhì)勘查中深部礦床的研究具有重要意義。大地電磁法的主要優(yōu)勢(shì)是其勘查裝備較為輕巧，其操作技術(shù)非常成熟，處理過(guò)程也較為多樣化，而且其處理結(jié)果也非常準(zhǔn)確，這對(duì)工程地質(zhì)勘查中數(shù)據(jù)分析工作具有重要的促進(jìn)作用。大地電磁法也有一定的缺點(diǎn)，其主要表現(xiàn)在，大地電磁法施行時(shí)電磁場(chǎng)的信號(hào)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較弱，它只適用于電磁干擾較小區(qū)域的地質(zhì)勘查，未來(lái)還必須加大對(duì)大地電磁法的改進(jìn)才能使其適用于大范圍地區(qū)[1]。

1.2 大地電磁法操作原理

現(xiàn)代的工程地質(zhì)勘查當(dāng)中，大地電磁法的使用最為普遍，它已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。大地電磁法是依據(jù)電磁感應(yīng)的原理，利用電磁感應(yīng)中的趨膚效應(yīng)，以及高頻電磁場(chǎng)穿透淺的原理，它是一種使用天然交變電磁場(chǎng)來(lái)研究地球的電性結(jié)構(gòu)的物理勘探方法，將大地看作水平層狀介質(zhì)，而對(duì)于天然電磁場(chǎng)，是將其看作是垂直投射到地下的平面電磁波，基于此，通過(guò)對(duì)一系列不同頻率的電磁波信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，而后再進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，就可以計(jì)算出所需要的參數(shù)值，再對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析，就可以推測(cè)出地質(zhì)構(gòu)造的分布特征。因?yàn)樵摷夹g(shù)受磁場(chǎng)的干擾影響較大，這會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，對(duì)工程地質(zhì)勘查工作來(lái)說(shuō)是非常的不利，使得分析人員不能得出有效的結(jié)果，造成工程地質(zhì)勘察的質(zhì)量不能得到保障。針對(duì)這一問(wèn)題，可以將大地電磁法與Robust優(yōu)化理論（源于自動(dòng)控制理論，Robust性是指在外加干擾的情況下，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。因此，Robust優(yōu)化是指應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中不確定性因素的一種優(yōu)化方法）結(jié)合起來(lái)，并且在不同地區(qū)設(shè)立一定的參考站，這樣就可以在一定程度上有效降低大地電磁法受到磁場(chǎng)干擾的強(qiáng)度，從而在一定程度上能夠保證工程地質(zhì)勘查的質(zhì)量。

2 大地電磁法在工程地質(zhì)勘查中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 大地電磁法在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

針對(duì)大地電磁法在工程地質(zhì)工程中的實(shí)際應(yīng)用，可以以天津地區(qū)礦產(chǎn)資源的勘探工程作為范例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。在二十世紀(jì)二十年代初期，我國(guó)在對(duì)天津西青開(kāi)發(fā)區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)勘查當(dāng)中，主要使用了CSAMT方法和MT方法聯(lián)合反演的手段進(jìn)行對(duì)于井下礦產(chǎn)儲(chǔ)存層的深度勘測(cè)，在工程前期主要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和地質(zhì)推斷，而在工程后期主要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，而最后再通過(guò)大地電磁法的實(shí)際勘測(cè)來(lái)對(duì)地質(zhì)勘查到的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。大地電磁法的使用使得工程地質(zhì)勘查工作變得有序而又輕松。舉例來(lái)說(shuō)，隸屬于天津西青開(kāi)發(fā)區(qū)的滄縣隆起是一個(gè)巨大的潛伏隆起，它的形成主要是地質(zhì)的斷裂作用以及板塊運(yùn)動(dòng)的影響，造成其地質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，并且其覆蓋面也比較厚，東面斷裂而西面超出，厚薄起伏不斷。這樣的地質(zhì)情況使得該地區(qū)的礦產(chǎn)資源相對(duì)來(lái)說(shuō)較為豐富，尤其是斷裂帶的交匯處儲(chǔ)藏的礦產(chǎn)資源最為多樣。然而對(duì)于工程地質(zhì)勘查人員來(lái)說(shuō)斷裂帶的交匯處存儲(chǔ)的礦產(chǎn)資源最難勘查，因?yàn)檫@些斷裂帶交匯處具有較強(qiáng)的電磁場(chǎng)，使得大地電磁法的施行受到很強(qiáng)的電磁干擾，這對(duì)地質(zhì)的勘查來(lái)說(shuō)非常不利[2]?；诖朔N情況，工程地質(zhì)勘查技術(shù)人員通過(guò)對(duì)CSAMT、MT的剖面進(jìn)行分析得知，CSAMT方法和MT方法都能夠?qū)Φ貙由畈康牡仉娊Y(jié)構(gòu)進(jìn)行較為細(xì)致的反映，前者主要是對(duì)淺層介質(zhì)擁有較為細(xì)致的描述，后者主要是對(duì)深層介質(zhì)擁有較為細(xì)致的描述，將兩種大地電磁法綜合起來(lái)使用，能夠共同刻畫(huà)出地質(zhì)結(jié)構(gòu)的概況，從而更加能夠客觀地反映出工程地質(zhì)勘查的結(jié)果。

2.2 CSAMT應(yīng)用于工程地質(zhì)勘查的操作流程

CSAMT是一種先進(jìn)的物探技術(shù)，該物探技術(shù)的施行過(guò)程是通過(guò)人工源來(lái)完成地質(zhì)勘探的，施行過(guò)程不會(huì)用到自然源，其主要的操作流程為，先通過(guò)發(fā)射源向接地導(dǎo)線中提供音頻電流而形成電磁場(chǎng)，利用這些電磁場(chǎng)來(lái)測(cè)探地層深部的地質(zhì)情況。CSAMT的施行是通過(guò)控制發(fā)送電流功率的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)10km以內(nèi)收發(fā)距離的測(cè)探，所以其能完成2公里以內(nèi)的深部地層的測(cè)探，這對(duì)深部地質(zhì)礦產(chǎn)的勘查以及地下水資源的勘探具有重要意義。依照工程地質(zhì)勘查的探測(cè)要求，先在勘探區(qū)域設(shè)置兩條測(cè)線，將其均設(shè)置成3550m的長(zhǎng)度，都按照東西方向排布，并且利用V8電法工作站來(lái)完成地質(zhì)探測(cè)，將發(fā)射機(jī)電流設(shè)置成20A，這樣就能夠保證探測(cè)達(dá)到12公里的收發(fā)距離。接下來(lái)就是對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。處理數(shù)據(jù)主要有四大步驟，第一步，評(píng)價(jià)采集到的原始數(shù)據(jù)，然后對(duì)相關(guān)的去噪處理措施進(jìn)行研究，按照噪聲對(duì)采集數(shù)據(jù)的影響，通過(guò)有效的去噪措施來(lái)解決問(wèn)題，然后通過(guò)相位資料以及相鄰點(diǎn)比較趨勢(shì)分析法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)畸變視電阻率變化曲線的校正。第二步是通過(guò)靜態(tài)的方式來(lái)校正數(shù)據(jù)。第三步是數(shù)據(jù)處理。此過(guò)程應(yīng)當(dāng)按照定性和定量的原則進(jìn)行，具體操作即是依照地質(zhì)構(gòu)造在方法原理上所呈現(xiàn)的規(guī)律來(lái)定性研究平面成果，然后再結(jié)合探測(cè)區(qū)域內(nèi)原始數(shù)據(jù)中的斷層以及構(gòu)造和地層變化的特征，兩者綜合分析，隨后再通過(guò)反演的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)定量化分析定性成果。第四步是對(duì)已經(jīng)獲知的物探資料以及地質(zhì)信息進(jìn)行詳細(xì)研究，而后再綜合分析探測(cè)區(qū)域的地球物理特征以及地質(zhì)信息，之后就可以對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，再對(duì)地質(zhì)礦產(chǎn)的形成過(guò)程進(jìn)行科學(xué)的解釋[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

大地電磁法越來(lái)越更多得被應(yīng)用于工程地質(zhì)勘查當(dāng)中，未來(lái)的大地電磁法也必將實(shí)現(xiàn)更大的技術(shù)突破。筆者基于大地電磁法的基本原理而探討了大地電磁法在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用，期待能為在此領(lǐng)域的研究人員提供相關(guān)的信息指導(dǎo)，也相信未來(lái)我國(guó)必將實(shí)現(xiàn)大地電磁法的技術(shù)突破，從而在根本上消除大地電磁法當(dāng)前所存在的一些短板，也相信未來(lái)我國(guó)必將在工程地質(zhì)勘查領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大的進(jìn)展。