瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用

　　摘要：瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

　　1瞬变电磁法的原理

　　瞬变电磁法简称TEM，主要工作原理是电磁感应定律的灵活应用，主要工作方法是设置具有一定波形电流的发射线圈，并将其安装或放置在地面或者井下，这需要根据实际的施工作业环境进行合理的选择，从而在这些区域形成磁场。前期主要是在频率域中具有高频特点的电磁场，其衰减速度较快，与其相反的是趋肤深度小；晚期阶段出现的成分相当于频率域中的低频成分，这些电磁场具有非常慢的衰减率，较大的趋肤深度。瞬变电磁法的工作效率高，但不能取代其他电法勘探手段，将电流线圈断电处理，在特定时间段内测量二次场的数据变化，一般来说，其随着时间的衰减会产生一定的变化规律，进而得到不同深度的地点特征。

　　2 地球物理特征

　　不同岩石具有不同的导电性，一般有泥岩，粉砂岩，介质粗砂岩，砾层，煤层和石灰石的电阻率值依次增大。含煤地层分层分布特点，比较均匀，纵向乐观的电阻率变化的横向传导基本上是相同的。在紧凑而完整，地层电阻率是比较高的，如果在水的岩石断层切割充满裂隙和岩溶结构，或与水和水流淌，由于水的良好的导电性破碎，岩石和围岩有显著差异，这就是用电磁法进行水文地质探测的地球物理前提。

　　3 勘探方法选择

　　正常情况下，小区域内同期沉积的地层造岩矿物、岩性组合、岩层发育厚度等特征相似，因此其在横向上电阻率差异较小。垂向上，由于各组地层岩性组合不同，各层之间亦存在明显的电性差异。当岩层发生变形破坏导致裂隙构造发育或岩层中发育岩溶时，如果岩层不含水，则其导电性变差，局部电阻率值增高；如果岩层含水，其导电性好，相当于存在局部低电阻体。据此，通过探测岩层的电阻率及其变化规律，可以查明岩层的富水性。为顺利完成本次勘探任务，选择对低阻反映敏感、体积效应较小的瞬变电磁（TEM）来划分富水区域和对电性分层效果较好的直流电测深来进行电性分层，利用瞬变电磁和直流电测深两种勘探手段进行探测。

　　4 瞬变电磁法在地球物理勘探中的运用

　　4.1 实例分析

　　（1）断层探测。在某农场地区进行实验性研究，得到瞬变勘查资料。根据区域地球物理特征以及对瞬变电磁视电阻率断面图进行综合分析，推断沉积地层在深度160m左右，直接与基地花岗岩不整合接触。根据工程布置在视电阻率断面图上的点推断为南北向断层，倾向西。

　　（2）煤矿采空巷道勘查。在某地区探查煤矿采空区，得到瞬变勘查资料。根据区域地球物理特征以及对测区内多条瞬变视电阻率断面图进行综合分析，推断解释测区内有3条采空巷道存在，其在瞬变视电阻率剖面上第一条采空巷道大致位置为测点15~20点之间，采空巷道大致埋深为110~125m之间，巷道局部电阻率值相对较低，推断可能含水，第二条采空巷道大致位置为测点30~35点之间，采空巷道大致埋深为235~245之间，第三条采空巷道大致位置为测点110~115点之间，采空巷道大致埋深为235~245之间。

　　（3）勘探地层含水性。在某工程中利用瞬变电磁法勘探该地区含水地质体分布情况。通过瞬变电磁法展开工程区域内的供水情况的探测工作，将瞬变电磁法勘测剖面布设于前面的电测深剖面周围。在2-3号点位上瞬变电磁法断面下部的 5Ω·m~8Ω·m的视电阻率等值线呈现台阶式变化特点，提示电性差异在剖面的南北侧区域上有着很大的差异性，据此认为此处应为断层错动基地岩性所反应的变化特征。同时有两个不同层位异常在TEM断面中部位置非常明显。分布于坡面南侧区域上的异常具有较大的埋藏深度，反应砂与粘土共同组成的第三系上部含水层，异常主要分布在电测深曲线的O型位置。而分布于北侧的异常，具有非常深的磁场特征，地下水埋藏特征与该异常反应一致，通过这些可以将工程区域的含水地质体分布情况进行充分反映出来。

　　4.2 瞬变电磁法的运用

　　（1）工程物探中的应用。随着科学技术的不断发展，瞬变电磁法也得到了非常广泛的应用，如建设隧道的过程中，利用该方法，能够很好的预测和预报挖掘方向及顶板水情况。借以瞬变电磁法能够对各种公路建设以建筑工程建设的复杂结构问题进行有效解决，因此该方法在一些工程设计中发挥着巨大的作用。

　　（2）瞬变电磁法在海洋中的应用。近年来瞬变电磁法在海底资源的勘查中发挥了巨大的作用，不仅操作起来十分简单，而且具有非常强的适应性，可以对探测区域开展广泛的探测活动，而且精确度非常高。

　　（3）瞬变电磁法在水文地质勘探中的应用。瞬变电磁法在实施过程中，通过将回线布设于地面，并给发送回线上供一个电流脉冲方波，在其下降过程中，瞬间再有一次磁场向地下进行传播，地质体由于该磁场的极力作用，形成不同导电的涡流，这一涡流于一次场消失后，不会快速的消失，而是逐渐的进行衰减，在此阶段的地表位置，又有二次场进行传播，并被接收回线进行接收，地质体在地下的电性特征便可通过二次场进行反映。依照延迟时间的不同，便可对二次感生电动势 V（t）进行测量，便能将不同时间下二次磁场的曲线特性给反映出来。倘若无良导体存在于地下，就会表现出快速衰减的特征。而又良导体存在时，出现渐变的衰减过程，继而探测到地下导体的位置。

　　5 结语

　　同时对瞬变电磁法的应用实践，证明该方法在水文地质探测中有着十分重要的意义，不仅勘查工作效率高、范围广，而且探查精度高，操作起来非常方便。在勘查工作中应当大力推广应当大力推行此方法。尤其是在地下水文地质勘查中，瞬变电磁法的应用，发挥着巨大的作用。能够进行较大深度的探查工作，而且具有非常强的分辨能力，不会受到地形地势的影响，勘查结果精准有效，大大提升了勘查效率，满足了工程地下水文地质探测工作的需要，能为水文地质的勘探提供非常有参考意义的调查线索。

　　参考文献：

　　[1]李新均，王阳.瞬变电磁法及其在工程地球物理勘探中的应用[J].工程地球物理学报，2020，11（3）：355-360.

　　[2]陈聪，张晓晴.瞬变电磁法在工程地球物理勘探中的应用 [J].煤炭技术，2019，30（4）：144-145.