瞬變電磁法實例

瞬變電磁法實例第一頁，共三十頁，2022年，8月28日一、勘查地下水瞬變電磁法(ＴＥＭ)是近年來國內(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及人工源隨機干擾影響小的優(yōu)點外,還具有施工方便、測地工作簡單、工作效率高及地質(zhì)效果好等一系列優(yōu)點.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、地熱以及凍土帶和海洋地質(zhì)等方面的研究,在國內(nèi)外已取得了令人矚目的效果.第二頁，共三十頁，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間域電磁感應(yīng)方法,其數(shù)學物理基礎(chǔ)是導電介質(zhì)在階躍變化的激勵磁場激發(fā)下引起渦流場的問題.它的測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,在該一次磁場的激勵下,地下導電體中將產(chǎn)生渦流,隨之產(chǎn)生一個衰變的感應(yīng)電磁場(二次場)向上傳播,在地表用線圈接收到二次場隨時間變化的特征,將反映地下導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，共三十頁，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,當該回線中電流突然切斷的瞬間,在地下導電半空間中產(chǎn)生感應(yīng)渦流場,開始瞬間的電流集中于地表,隨后向下及向外擴散.等效電流[1]:第四頁，共三十頁，2022年，8月28日第五頁，共三十頁，2022年，8月28日計算均勻半空間的瞬變電磁響應(yīng)時,可把等效電流環(huán)看成一系列的二次發(fā)送線圈,由于它在某時刻的半徑、深度及電流可根據(jù)上述各式計算出,所以可以很容易地得出在某時刻沿地面測線的響應(yīng)值以及在某個測點響應(yīng)值隨時間變化的規(guī)律.第六頁，共三十頁，2022年，8月28日2模擬計算

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出一定條件下瞬變場的分布特征.在地下水勘查工作中,最常見的問題是對層狀和斷層類含水層以及溶洞類含水層的探測.在室內(nèi)模擬實驗中,可將前兩類含水層概化為板狀導電體類型,將溶洞類含水層概化為球體狀或柱體狀導電體類型來看待.第七頁，共三十頁，2022年，8月28日ａ.水平圓柱體及球體上的異常特征.導電水平圓柱體上不同測道的剖面曲線異常為對稱于柱頂?shù)膯畏?異常隨測道衰減的速度取決于其時間常數(shù).在球體上方也出現(xiàn)類似于圓柱體的對稱于球頂?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，共三十頁，2022年，8月28日ｂ.薄板狀導體上的異常特征.薄板狀導體上的異常形態(tài)及幅度與導體的傾角α有關(guān),當α=90°時,異常形態(tài)為對稱于導體頂部的雙峰,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0°<α<90°時,隨著α的減少,回線與導體間耦合增強,異常響應(yīng)幅度也隨之增加,但雙峰不對稱,在導體傾向一側(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，共三十頁，2022年，8月28日ｃ.導電覆蓋層對異常的影響.有限導體在晚期按指數(shù)規(guī)律衰減,在時間常數(shù)較大時,其衰減速度可能比導電覆蓋層上響應(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體的耦合要強,所觀測到的信號主要反映的是覆蓋層的響應(yīng),在晚期主要反映的是導體.第十頁，共三十頁，2022年，8月28日2.2正演計算針對工作中經(jīng)常遇到的有關(guān)地下水方面的問題,總結(jié)和概括出了幾種典型的地下水勘查類型,并分別對其進行了正演模擬計算.

ａ.松散層中的地下水問題.

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,由正演計算可知,瞬變電磁法對高阻層的探測能力較低,因此,在實際工作中遇到此類地下水問題時一般不用瞬變電磁法進行勘查.第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日ｂ.基巖地區(qū)層狀含水層中的地下水問題

.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問題:確定含水層埋深;確定含水層的厚度;根據(jù)測量電阻率估算含水層水質(zhì)變化情況.第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日ｃ.海(咸)水入侵區(qū)的地下水問題: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)分開來.第十三頁，共三十頁，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)的時間特性和剖面曲線特征以及測區(qū)的地質(zhì)、地球物理特征,通過分析研究劃分出背景場及異常場,并從各類異常中確定與導電體有關(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)處理與瞬變電磁測深法數(shù)據(jù)處理,以框圖來表示上述兩種數(shù)據(jù)處理流程,如圖1所示.第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十頁，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方面.在野外地下水勘查過程中,利用ＳＤ1型瞬變電磁儀器對山東省各地的電磁噪聲電平進行了測量,頻率25Ｈｚ,疊加次數(shù)256次,具體數(shù)據(jù)見表1;在資料解釋時的濾波處理階段,應(yīng)將其消除.第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日4應(yīng)用實例分析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),由于長期缺水,嚴重制約了當?shù)氐慕?jīng)濟發(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、頁巖互層,區(qū)域地下水位10ｍ左右.第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日應(yīng)用瞬變電磁法進行剖面法測量,測量采用50ｍ×50ｍ重疊回線裝置進行,點距25ｍ,頻率為25Ｈｚ,疊加次數(shù)取256次.

圖2為該剖面多測道Ｖ(ｔ)/Ｉ異常剖面曲線圖,由該圖可以看出,4號測點存在明顯導電體異常,同時對該點進行了反演擬合計算.

通過分析認為該處適合打深井,決定打井一眼,解決了該村的生產(chǎn)生活用水問題.第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日實際打井結(jié)果:160ｍ以上為張夏組灰?guī)r、頁巖互層,128～155ｍ裂隙發(fā)育,為主要含水層;160ｍ以下是徐莊組頁巖、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,當降深10ｍ時,水量大于80ｍ3/ｈ,與實測分析結(jié)果吻合較好.第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日4.2廣饒縣咸水入侵監(jiān)測山東省廣饒縣位于泰沂山北麓山前沖積平原.自20世紀70年代以來,連年干旱、地表水補給量減少,同時,由于過量開采地下水,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.第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日利用瞬變電磁法對廣饒縣的咸水入侵問題進行現(xiàn)場探測.采用100ｍ×100ｍ重疊回線裝置,點距50ｍ,頻率25Ｈｚ,疊加次數(shù)256次,Ⅰ剖面共測量23個點.圖3為測點12的正演擬合求參數(shù)結(jié)果

,其余各點也進行了同樣解釋,圈定出了咸水區(qū)及入侵區(qū)的范圍.第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日第二十四頁，共三十頁，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,同時取水樣化驗分析,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)測該地區(qū)海水入侵的一個指標.與電阻率法相比,瞬變電磁法具有速度快、精度高的優(yōu)點.第二十五頁，共三十頁，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及頁巖.第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日測量采用100ｍ×100ｍ重疊回線裝置進行,頻率25Ｈｚ,疊加次數(shù)256次,點距100ｍ.共測量兩條剖面,Ⅰ剖面沿黃河北岸由西南至東北方向進行,全長約11ｋｍ,在Ⅰ剖面異常較明顯段70～100號點之間以北約700ｍ處進行了Ⅱ剖面的測量,該剖面全長3ｋｍ.第二十七頁，共三十頁，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,在東阿隱伏巖溶水水源地的水文地質(zhì)勘探過程中,利用瞬變電磁法準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,為建井開采提供了科學依據(jù).第二十八頁，共三十頁，2022年，8月28日5結(jié)語針對實際工作中經(jīng)常遇到的有關(guān)地下水方面的問題,總結(jié)和概括出幾種常見的典型地下水勘查類型,并分別對其進行了正演模擬計算,為野外實際地下水勘查工作提供了有益的參考