瞬變電磁法實(shí)例

瞬變電磁法實(shí)例第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日一、勘查地下水瞬變電磁法(ＴＥＭ)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展較快、地質(zhì)效果較好的一種電探方法.它除了具有穿透高阻能力強(qiáng)及人工源隨機(jī)干擾影響小的優(yōu)點(diǎn)外,還具有施工方便、測(cè)地工作簡(jiǎn)單、工作效率高及地質(zhì)效果好等一系列優(yōu)點(diǎn).該方法主要應(yīng)用于金屬礦勘查、構(gòu)造填圖、油氣田、煤田、地下水、地?zé)嵋约皟鐾翈Ш秃Ｑ蟮刭|(zhì)等方面的研究,在國(guó)內(nèi)外已取得了令人矚目的效果.第二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日1理論基礎(chǔ)1.1基本原理瞬變電磁法屬時(shí)間域電磁感應(yīng)方法,其數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)是導(dǎo)電介質(zhì)在階躍變化的激勵(lì)磁場(chǎng)激發(fā)下引起渦流場(chǎng)的問(wèn)題.它的測(cè)量原理是利用不接地回線向地下發(fā)送一定波形的一次脈沖磁場(chǎng),在該一次磁場(chǎng)的激勵(lì)下,地下導(dǎo)電體中將產(chǎn)生渦流,隨之產(chǎn)生一個(gè)衰變的感應(yīng)電磁場(chǎng)(二次場(chǎng))向上傳播,在地表用線圈接收到二次場(chǎng)隨時(shí)間變化的特征,將反映地下導(dǎo)電體的電性分布情況,據(jù)此判斷地下不均勻體的賦存位置、形態(tài)和電性特征.第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日1.2瞬變電磁響應(yīng)敷設(shè)在均勻大地上的發(fā)送回線中的電流產(chǎn)生磁力線,當(dāng)該回線中電流突然切斷的瞬間,在地下導(dǎo)電半空間中產(chǎn)生感應(yīng)渦流場(chǎng),開(kāi)始瞬間的電流集中于地表,隨后向下及向外擴(kuò)散.等效電流[1]:第四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日計(jì)算均勻半空間的瞬變電磁響應(yīng)時(shí),可把等效電流環(huán)看成一系列的二次發(fā)送線圈,由于它在某時(shí)刻的半徑、深度及電流可根據(jù)上述各式計(jì)算出,所以可以很容易地得出在某時(shí)刻沿地面測(cè)線的響應(yīng)值以及在某個(gè)測(cè)點(diǎn)響應(yīng)值隨時(shí)間變化的規(guī)律.第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2模擬計(jì)算

2.1物理模擬物理模擬是根據(jù)相似性原理用物理方法觀測(cè)出一定條件下瞬變場(chǎng)的分布特征.在地下水勘查工作中,最常見(jiàn)的問(wèn)題是對(duì)層狀和斷層類含水層以及溶洞類含水層的探測(cè).在室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)中,可將前兩類含水層概化為板狀導(dǎo)電體類型,將溶洞類含水層概化為球體狀或柱體狀導(dǎo)電體類型來(lái)看待.第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日ａ.水平圓柱體及球體上的異常特征.導(dǎo)電水平圓柱體上不同測(cè)道的剖面曲線異常為對(duì)稱于柱頂?shù)膯畏?異常隨測(cè)道衰減的速度取決于其時(shí)間常數(shù).在球體上方也出現(xiàn)類似于圓柱體的對(duì)稱于球頂?shù)膯畏瀹惓?在半徑相同的情況下,球體的異常隨時(shí)間常數(shù)衰減的速度要比水平圓柱體快得多,異常的范圍也比較小.在直立柱體上,也具有與此類似的規(guī)律.第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日ｂ.薄板狀導(dǎo)體上的異常特征.薄板狀導(dǎo)體上的異常形態(tài)及幅度與導(dǎo)體的傾角α有關(guān),當(dāng)α=90°時(shí),異常形態(tài)為對(duì)稱于導(dǎo)體頂部的雙峰,在頂部出現(xiàn)接近于背景值的極小值,不同測(cè)道的曲線除了異常幅度及范圍有所差別外,都具有相同的形態(tài)特征.當(dāng)0°<α<90°時(shí),隨著α的減少,回線與導(dǎo)體間耦合增強(qiáng),異常響應(yīng)幅度也隨之增加,但雙峰不對(duì)稱,在導(dǎo)體傾向一側(cè)的峰值大于另一側(cè),兩側(cè)峰值之比主要受α的影響.第九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日ｃ.導(dǎo)電覆蓋層對(duì)異常的影響.有限導(dǎo)體在晚期按指數(shù)規(guī)律衰減,在時(shí)間常數(shù)較大時(shí),其衰減速度可能比導(dǎo)電覆蓋層上響應(yīng)的衰減速度要慢,因此,在早期由于發(fā)、收回線與覆蓋層之間的耦合比與導(dǎo)體的耦合要強(qiáng),所觀測(cè)到的信號(hào)主要反映的是覆蓋層的響應(yīng),在晚期主要反映的是導(dǎo)體.第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.2正演計(jì)算針對(duì)工作中經(jīng)常遇到的有關(guān)地下水方面的問(wèn)題,總結(jié)和概括出了幾種典型的地下水勘查類型,并分別對(duì)其進(jìn)行了正演模擬計(jì)算.

ａ.松散層中的地下水問(wèn)題.

在第四系松散地層中,古河道和砂礫石透鏡體是較好的含水層,它們呈高阻反映,由正演計(jì)算可知,瞬變電磁法對(duì)高阻層的探測(cè)能力較低,因此,在實(shí)際工作中遇到此類地下水問(wèn)題時(shí)一般不用瞬變電磁法進(jìn)行勘查.第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日ｂ.基巖地區(qū)層狀含水層中的地下水問(wèn)題

.某些賦水性較好的巖層,其含水層厚度往往很大,在這種情況下,利用瞬變電磁法可以解決下面幾個(gè)問(wèn)題:確定含水層埋深;確定含水層的厚度;根據(jù)測(cè)量電阻率估算含水層水質(zhì)變化情況.第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日ｃ.海(咸)水入侵區(qū)的地下水問(wèn)題:在潛水含水層地區(qū),利用瞬變電磁法可以確定出咸水層的埋深和厚度.在承壓含水層受海(咸)水入侵影響的地區(qū),由于咸水含水層的測(cè)深曲線類型和淡水含水層存在明顯差別,因此,利用瞬變電磁法可很容易地將其區(qū)分開(kāi)來(lái).第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3資料解釋瞬變電磁法的資料解釋工作,主要是根據(jù)瞬變電磁響應(yīng)的時(shí)間特性和剖面曲線特征以及測(cè)區(qū)的地質(zhì)、地球物理特征,通過(guò)分析研究劃分出背景場(chǎng)及異常場(chǎng),并從各類異常中確定與導(dǎo)電體有關(guān)的異常.ＴＥＭ法的數(shù)據(jù)處理主要分為兩部分

:瞬變電磁剖面法數(shù)據(jù)處理與瞬變電磁測(cè)深法數(shù)據(jù)處理,以框圖來(lái)表示上述兩種數(shù)據(jù)處理流程,如圖1所示.第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日影響瞬變電磁法資料解釋精度的因素很多,電磁噪聲干擾是其中很重要的一個(gè)方面.在野外地下水勘查過(guò)程中,利用ＳＤ1型瞬變電磁儀器對(duì)山東省各地的電磁噪聲電平進(jìn)行了測(cè)量,頻率25Ｈｚ,疊加次數(shù)256次,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1;在資料解釋時(shí)的濾波處理階段,應(yīng)將其消除.第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日4應(yīng)用實(shí)例分析4.1臨朐縣某村水井勘探山東省臨朐縣某村地處石灰?guī)r山區(qū),由于長(zhǎng)期缺水,嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展.該村以前曾經(jīng)打深井兩眼,均為干孔.該處第四系覆蓋層厚約5ｍ,下伏地層為中寒武統(tǒng)的灰?guī)r、頁(yè)巖互層,區(qū)域地下水位10ｍ左右.第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)用瞬變電磁法進(jìn)行剖面法測(cè)量,測(cè)量采用50ｍ×50ｍ重疊回線裝置進(jìn)行,點(diǎn)距25ｍ,頻率為25Ｈｚ,疊加次數(shù)取256次.

圖2為該剖面多測(cè)道Ｖ(ｔ)/Ｉ異常剖面曲線圖,由該圖可以看出,4號(hào)測(cè)點(diǎn)存在明顯導(dǎo)電體異常,同時(shí)對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行了反演擬合計(jì)算.

通過(guò)分析認(rèn)為該處適合打深井,決定打井一眼,解決了該村的生產(chǎn)生活用水問(wèn)題.第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)際打井結(jié)果:160ｍ以上為張夏組灰?guī)r、頁(yè)巖互層,128～155ｍ裂隙發(fā)育,為主要含水層;160ｍ以下是徐莊組頁(yè)巖、灰?guī)r及砂巖,巖石完整,裂隙不發(fā)育,鉆至240ｍ終孔.該井為一自流井,自流量為20～30ｍ3/ｈ,經(jīng)抽水試驗(yàn),當(dāng)降深10ｍ時(shí),水量大于80ｍ3/ｈ,與實(shí)測(cè)分析結(jié)果吻合較好.第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日4.2廣饒縣咸水入侵監(jiān)測(cè)山東省廣饒縣位于泰沂山北麓山前沖積平原.自20世紀(jì)70年代以來(lái),連年干旱、地表水補(bǔ)給量減少,同時(shí),由于過(guò)量開(kāi)采地下水,造成了地下水位大幅度下降,引發(fā)咸水入侵,且速度呈明顯加快的趨勢(shì).第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日利用瞬變電磁法對(duì)廣饒縣的咸水入侵問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探測(cè).采用100ｍ×100ｍ重疊回線裝置,點(diǎn)距50ｍ,頻率25Ｈｚ,疊加次數(shù)256次,Ⅰ剖面共測(cè)量23個(gè)點(diǎn).圖3為測(cè)點(diǎn)12的正演擬合求參數(shù)結(jié)果

,其余各點(diǎn)也進(jìn)行了同樣解釋,圈定出了咸水區(qū)及入侵區(qū)的范圍.第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日咸水區(qū)的電阻率值很小,入侵區(qū)也小于20Ω·ｍ,同時(shí)取水樣化驗(yàn)分析,結(jié)果表明Ｃｌ-濃度大于500ｍｇ/Ｌ.因此,在此類地區(qū)可以把20Ω·ｍ作為監(jiān)測(cè)該地區(qū)海水入侵的一個(gè)指標(biāo).與電阻率法相比,瞬變電磁法具有速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn).第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日4.3東阿隱伏巖溶水水源地勘探山東省聊城市為地區(qū)行署駐地,原以城郊第四系孔隙水為主的供水水源地已不能滿足城市生產(chǎn)生活的需要,需開(kāi)發(fā)位于東阿縣境內(nèi)的隱伏巖溶水水源地以解決城市供水問(wèn)題.東阿縣隱伏巖溶水水源地位于該縣牛角店鎮(zhèn)下馬頭至周家門前地區(qū),南臨黃河,第四系覆蓋層厚度大于50ｍ,下伏中奧陶統(tǒng)灰?guī)r、下奧陶統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r及上、中、下寒武統(tǒng)灰?guī)r及頁(yè)巖.第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)量采用100ｍ×100ｍ重疊回線裝置進(jìn)行,頻率25Ｈｚ,疊加次數(shù)256次,點(diǎn)距100ｍ.共測(cè)量?jī)蓷l剖面,Ⅰ剖面沿黃河北岸由西南至東北方向進(jìn)行,全長(zhǎng)約11ｋｍ,在Ⅰ剖面異常較明顯段70～100號(hào)點(diǎn)之間以北約700ｍ處進(jìn)行了Ⅱ剖面的測(cè)量,該剖面全長(zhǎng)3ｋｍ.第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日在瞬變電磁法圈定的構(gòu)造帶及其影響范圍內(nèi),共布井10眼,除2眼布置在構(gòu)造影響帶邊緣出水量小于100ｍ3/ｈ外,其余井出水量均大于200ｍ3/ｈ.由此可見(jiàn),在東阿隱伏巖溶水水源地的水文地質(zhì)勘探過(guò)程中,利用瞬變電磁法準(zhǔn)確地圈定出了賦水構(gòu)造帶的位置及水源地的富水區(qū)域,為建井開(kāi)采提供了科學(xué)依據(jù).第二十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日5結(jié)語(yǔ)針對(duì)實(shí)際工作中經(jīng)常遇到的有關(guān)地下水方面的問(wèn)題,總結(jié)和概括出幾種常見(jiàn)的典型地下水勘查類型,并分別對(duì)其進(jìn)行了正演模擬計(jì)算,為野外實(shí)際地下水勘查工作提供了有益的參考