等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报中的解释方法研究与应用

瞬变电磁法具有对低阻体反应灵敏的特点,在探测隧道掌子面前方含水或充泥断层、破碎带等低阻不良地质体上具有独特的优势。这里首先简单介绍了等值反磁通瞬变电磁法的原理及特点,然后通过对隧道全空间域高低阻模型一维正演曲线响应特征、视电阻率及视纵向电导曲线的解释特点和效果进行较为全面地分析研究,提出并分析了视电阻率等值线图与视纵向电导断面图联合解释方法。最后通过两个应用案例,总结出等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报成果解释中的一些特点和规律。结论表明,等值反磁通瞬变电磁方法适用于隧道超前质预报工作,能够有效提高预报成果的精度及准确度。     

等值反磁通瞬变电磁法在岩溶塌陷区探测应用

由岩溶引发的地面塌陷具有灾害性大,隐蔽性高等特点,为了对其进行有效预报及治理,以某岩溶塌陷强烈发育地区为研究对象,提出采用等值反磁通瞬变电磁法（Opposing Coils Transient Electromagnetics Method,OCTEM）与工程地质钻探相结合的方法,对地层界面进行地球物理方法探测,由覆盖层埋深、电阻率大小、等值线变化等因素确定地层产状,并通过物探反演图及钻孔信息进行验证。结果表明,在岩溶塌陷强烈发育地段,等值反磁通瞬变电磁法可以有效查明地下溶蚀发育情况,在周围环境因素干扰强等常规物探方法无法开展的情况下,可以达到较好的应用效果。等值反磁通瞬变电磁法在岩溶、地面塌陷等地质灾害发育地区提供了有效的预测,为相似情况下的研究分析工作提供理论及实践基础。      

等值反磁通瞬变电磁法在城镇地质灾害调查中的应用

受岩溶及采空区的影响,湖南某煤矿附近出现了几个塌陷坑,危及居民的生命财产安全。为了查明附近的岩溶分布范围,采用等值反磁通瞬变电磁法进行探测。通过在调查区开展了6条线的等值反磁通瞬变电磁法工作,发现已知塌陷坑在探测结果中为低阻异常,其探测结果与已知情况吻合。结果表明,该方法在城镇中的探测效果较好,能够为城镇地质灾害调查提供详实的资料。      

综合物探方法在岩溶塌陷调查中的应用分析

物探方法因其成本低,对周围环境友好等优点在岩溶塌陷探测中被广泛使用。在分析湖北武汉市江夏区法泗街道地面塌陷勘查区地质和地球物理特征的基础上,选用高密度电法、微动法以及等值反磁通瞬变电磁法三种物探方法,开展了岩溶塌陷区综合地球物理测量与方法试验研究,通过对以上综合地球物理数据的解译,确定了该区岩溶塌陷的大小、深度以及基岩上顶界面的埋深,取得了良好的地质效果。研究结果表明,高密度电法对浅部的低阻异常体识别较好,等值反磁通瞬变电磁法和微动勘探法则在中深部分辨率比较高,三者综合应用,可以在岩溶塌陷区取得良好的探测效果。     

高阻空洞的瞬变电磁响应特征及其探测效果

通过球体电磁响应的计算,对低阻围岩中高阻球体模型电磁响应测量结果进行了分析,获得了高阻球体的异常特征。对干旱地区深埋土洞的工程探测结果表明:高阻土洞的瞬变电磁响应特征与模拟实验结果类似,对高阻目标体具有较好的探测效果;高阻体引起的瞬变电磁场异常范围大于目标体实际规模。      

等值反磁通瞬变电磁法探测滑坡堆积体的应用

西部大开发工程基建中经常遇到滑坡体探测问题,由于滑坡体滑床滑动面与第四系覆盖的电性差异小,常规电磁法分辨困难。为此,提出利用等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)探测滑坡堆积体、反向追踪山体错动面的方案,构建滑坡堆积体地电结构模型,通过正演计算研究滑坡堆积体的瞬变电磁响应规律,从理论上分析了不同厚度的滑坡堆积体瞬变电磁响应规律以及在不同覆盖厚度下的瞬变电磁响应规律;对已知滑坡体的探测试验表明滑坡问题上首先分析堆积体观点的正确性,同时表明OCTEM用于山区滑坡堆积体的探测有效性。     

地球物理方法在城市地质结构精细化探测中最优方法组合研究——以成都市天府新区为例

【研究目的】成都市天府新区属于典型的西南红层地区,其地层结构呈泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂岩互层结构,不同岩性之间的物性差异相对较小,研究浅部地质结构探测方法,有利于实现城市三维精细地质模型的建立。【研究方法】本文在成都天府新区4个典型试验区,采用多种新的和传统的地球物理方法开展了地质结构精细探测试验。【研究结果】地质雷达、三分量频率共振具有较高的分辨率,其次是浅层地震勘探、高密度电阻率法、等值反磁通瞬变电磁法、微动勘探;地质雷达和等值反磁通瞬变电磁抗干扰能力最强,浅震、三分量共振、微动勘探受城市噪音干扰比较严重;采用地质雷达、三分量频率共振、高密度电阻率法、等值反磁通瞬变电磁法、浅层地震、微动勘探等方法进行组合探测,可以获得由浅至深不同深度范围内的地质结构分层。【结论】通过对比分析每种方法的探测深度、分辨率、抗干扰强度、施工效率和经济成本,形成了适应于成都市天府新区不同工况、不同探测深度的地质结构精细探测地球物理方法最优组合方案。     

“孤石”精细探测物探方法研究 ——以福州滨海快线为例

孤石在我国南方花岗岩地区普遍存在,其发育无规律性,埋藏及分布较为随机;城市地铁盾构施工孤石探测是公认的技术难题。以福州滨海快线（机场—大鹤站）区间孤石分布区为研究区开展了微动、等值反磁通瞬变电磁、高密度电法、探地雷达探测方法综合勘察试验,从抗干扰能力、施工效率和探测效果方面进行了对比分析,发现因浅表存在高阻砂层屏蔽,高密度电法在15 m以浅具有较高勘察精度、受地下线网影响明显,探地雷达在砂层中的有效勘察深度仅4 ～ 5 m;优选出对于孤石体精细探测的物探方法,“微动 + 等值反磁通瞬变电磁”的组合方法具有抗干扰、较好探测效果,与钻孔验证结果吻合。     

等值反磁通瞬变电磁法在金矿采空区探测中的应用

甘肃省玛曲县大水金矿是西秦岭地区的典型矿山之一,由于矿山的连年持续开采,导致在5号、9号高陡边坡下方形成一系列不同埋深的采空区,引起局部地面塌陷,存在较大安全隐患,根据环保及安全方面的要求,急需查明隐伏塌陷的空间展布特征,有效预防地质灾害的发生。本次研究采用等值反磁通瞬变电磁勘探技术,通过对勘察区典型断面图异常特征的精细解释,结合勘察区水文地质、基础地质等资料的综合分析,进而实现矿山隐伏塌陷的透明化、立体化。研究结果表明：利用等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)进行地下采空区探测,能够较好地反映采空区隐伏地层的岩性电性特征,并且采空区与围岩的物性差异明显,可有效查明地下采空区的空间位置及基本形态特征。同时基于多勘探线物探剖面采空区边界特征点数据,结合计算机三维建模技术,可实现采空区空间形态三维可视化,透视采空区的立体特征。等值反磁通瞬变电磁法的实施效果及三维建模技术为矿山恢复治理及安全评价提供了技术依据,可以有效服务于数字矿山的建设。     

冀东沉积变质型铁矿床瞬变电磁响应研究

本文介绍瞬变电磁方法在冀东沉积变质型铁矿勘查中的应用。根据冀东地区成矿地质背景,以及BIF型铁矿的矿体形态、产状、赋存部位、规模大小及含矿岩层特征,建立了层状模型、透镜体模型与向形模型三种地质模型。将地质模型转化为可处理的地球物理模型,按实际地质情况改变模型参数,完成了瞬变电磁的时域二维正演计算。分析了三种模型在多种情况下（低阻覆盖层、不同倾角、不同深度、发射源特征和不同电阻率）的瞬变电磁响应特征。结果表明,低阻覆盖层对于瞬变电磁场的扩散有一定的屏蔽作用,因而减小探测深度;随着矿体倾角的逐渐增大,瞬变电磁响应强度逐渐减弱,水平板状矿体比垂直板状矿体的响应要更为明显;勘探效果随着地质体埋深的增加而逐渐减弱;发射磁矩的大小对于瞬变电磁场的强弱产生直接影响,在实际应用中需要结合多方面因素,选择最佳的发射边长来达到最佳的勘查效果。利用冀东司家营地区进行的瞬变电磁勘察数据,研究了该地区铁矿床瞬变电磁响应特征,验证了上述模型的结论。     

城镇有限场地条件下的物探找水试验

为在城区强干扰环境、有限场地条件下进行物探方法找水,特利用等值反磁通瞬变电磁法,在湖南郴州市某城镇进行了野外试验。在地表调查和周边人文环境基础上,常规电测深等找水有效手段在城镇区域难以施工,面对这个难题利用等值反磁通瞬变电磁法进行试验,其利用对偶中心耦合装置消除了收发线圈感应耦合来消除干扰。首先根据地质信息设计了近似南北向的4条剖面,然后进行了发射频率试验并进行单点连续探测,最后利用探测结果绘制了多测道曲线和二维模拟断面等值线图并设计了钻孔。钻探验证结果表明:等值反磁通瞬变电磁法在强干扰、场地受限的城镇区域找水效果较好,是一种值得推广的新方法。     

等值反磁通瞬变电磁法天线零磁通面位置的确定方法

确定零磁通面几何位置是等值反磁通瞬变电磁法探测系统的关键。为此,提出了一种调零方法：用等值反磁通瞬变电磁仪连续发送固定频率的双极性方波,接收机实时采集接收天线的时间域信号,并使用离散傅里叶变换分别计算出粗调、细调和微调接收天线位置的最小功率谱密度(A1、A2、A3),当A1>A2>A3时,接收天线处于零磁通面。发送20 kHz双极性方波试验的结果表明,当A1>A2>A3时,二次场衰减信号过渡过程得到明显改善。该方法可为高性能等值反磁通瞬变电磁仪器的设计和制造提供参考。     

综合物探在地面塌陷区探测中的应用

在某地面塌陷区探测中,为准确判定塌陷回填区内是否存在空洞,根据地质条件和现场状况,选用可控源音频大地电磁测深(CSAMT)和瞬变电磁法进行综合探测。对典型断面图上低阻异常特征的分析结果表明,两种探测方法结果一致,但各有特点:CSAMT法探测深度大,对异常区的判断较为准确,但分辨率相对较低;瞬变电磁法分辨率优于CSAMT,但探测深度较浅,受目标深度内介质的物性影响较大,且浅部有盲区。异常区钻孔验证结果显示,探测结果准确可靠,表明综合物探方法应用于塌陷回填区的探测是准确、有效的。     

基于等值反磁通瞬变电磁法的岩溶探测分析

瞬变电磁法早期二次场是浅层地质信息的反应,一次场关断产生的自感电场会与早期二次场进行叠加形成一个浅层盲区,造成探测结果不能真实反映浅层地层信息。对早期纯二次场的探测能够从根本上消除浅层盲区。文中首先介绍了等值反磁通瞬变电磁法的线圈装置,通过零磁通面积感应电压规律的分析,对该方法如何实现早期二次场采集进行了说明。以某水电站公路边坡岩溶探测为研究背景,通过对测试数据的反演结果进行分析,得到了不同深度地层电阻率信息,圈定了岩溶的空间位置分布。事实证明等值反磁通瞬变电磁法能有效避免一次场关断对二次场的影响,基本消除了浅层盲区,实现了浅层地层的准确探测。     

瞬变电磁B场参数测试效果

传统的瞬变电磁信息获取方式大多采用空芯线圈和磁芯线圈形式,用以测量磁场随时间变化率,但是晚期信号往往较弱,不利于分辨异常。笔者开展了直接测量瞬变电磁法磁场参数的模拟和实测效果分析研究。首先通过对B场和d B/dt参数的响应特性分析,认为B场参数在晚期探测方面具有一定的优越性;分别采用澳大利亚产SM24瞬变电磁系统(磁通门磁探头,直接测量B场)和GDP-32仪器(感应线圈,测量感应电压)进行了实测数据的对比,在同样瞬变电磁观测装置情况下,发现采用磁通门传感器所测量B场数据比采用感应线圈测量的二次感应电压数据效果较好,即:磁通门传感器的特征频率相对较低(往往小于1 k Hz),衰减速度慢,磁场B数据与磁场变化率d B/dt场数据的幅值范围较大,受低阻覆盖层影响程度小,有利于晚期测量。研究结果表明开发和使用磁通门传感器是解决瞬变电磁精细探测的突破方向之一。     

等值反磁通瞬变电磁法在成都市地下空间资源地质调查中的应用

成都市钙芒硝、富水砂砾卵石层等不良岩土体以及隐伏断裂构造对地下空间的利用形成严重制约.据现有钻孔资料显示钙芒硝层多分布在30～150m深度、砂砾卵石层多分布在10～100m深度,属于等值反磁通瞬变电磁法的有效探测范围.首先对城区电磁干扰源进行了调查,总结了提高数据采集质量的具体措施;然后布置了过已知钻孔的等值反磁通瞬变...     

基于等值反磁通瞬变电磁法的城镇岩溶探测研究

受岩溶发育影响,湖南某地突发地面塌陷,形成几处塌陷坑,对道路和居民的生命财产安全构成威胁.为了了解该处岩溶分布情况,在调查区布置了2条等值反磁通瞬变电磁法测线.通过对数据的反演结果进行分析,得到了不同深度地层的相对电阻率信息,圈定了岩溶的空间位置分布.钻孔验证结果与推断结果吻合性较好,表明该方法在城镇房屋密集区具有较强...     

瞬变电磁法在采空塌陷灾害中的应用——以神东煤矿采空区调查为例

由人工采矿及天然作用形成的地下空洞是引起地面塌陷、地裂缝等多种环境地质灾害的根源之一。在煤矿开采区,地下空洞主要是煤矿采空区,采空区受水文地质条件和开采时间的影响,呈现积水和不积水状态。利用瞬变电磁法对神东矿区采空区进行了调查勘探,用最原始的归一化二次电位解释采空不积水区及采空积水区,并根据地下空洞发育的时间长短及积水程度的不同,会呈现高阻异常或低阻异常,在视电阻率断面图上呈现出十分显著的特征。给瞬变电磁法勘探应用于采空区及采空积水区的探测提供了实例,对预测和防治采空区引起的塌陷环境地质灾害具有重要意义。      

等值反磁通瞬变电磁法在探测岩溶病害中的应用

机场跑道潜在的岩溶隐患将直接影响其承载能力和使用寿命。通过广州白云机场跑道的勘察试验研究,表明等值反磁通瞬变电磁法能够在机场噪声背景以及有限不接地场地条件下实现快速无损探测机场跑道隐伏岩溶地质病害,有效规避了地震反射波受机场飞机起降噪声的影响、高密度电法受场地接地条件的制约以及探地雷达探测深度不足等常规工程物探方法的缺点,为机场跑道隐伏地质病害探测提供了一种新的探测方法。     

电性源短偏移距瞬变电磁地形影响特征分析

电性源短偏移距瞬变电磁法是进行山区矿产资源勘探的一种有效手段,然而地形起伏对观测数据影响严重,给瞬变电磁数据精细化解释带来很大困难。为此,本文基于三维非结构时间域有限元正演模拟方法开展电性源短偏移距瞬变电磁地形影响特征分析。首先利用非结构网格对起伏地形进行精细剖分,结合矢量有限元和后退欧拉离散技术实现复杂地质模型快速正演。然后通过模拟大量典型起伏地表模型,系统分析了三维地形响应的空间分布特征,结果表明地形对电性源短偏移距瞬变电磁响应影响严重,而且影响特征十分复杂。在此基础上,我们进一步分析了复杂地形对地下目标体探测的影响,结果发现复杂地形与地下目标体相互耦合导致无法对地下目标体进行有效分辨,这给地下目标体的准确探测带来了巨大困难。