瞬变电磁法在工程场地地震安全性评价中的应用

王立会，林承灏，梁久亮

（安徽省地震局，安徽合肥230031）

瞬变电磁法在工程场地地震安全性评价中的应用

王立会*，林承灏，梁久亮

（安徽省地震局，安徽合肥230031）

介绍了瞬变电磁法的基本原理，并通过工程实例说明该方法应用于工程场地地震安全性评价的可行性和有效性。探测成果表明，瞬变电磁法能够取得良好的探测效果，特别适用于占地范围小、电极接地条件差等其他物探方法难以实施的工程场地。

瞬变电磁法；工程场地；地震安全性评价

工程场地地震安全性评价工作需要对工程场地地震地质灾害进行调查，重点需要查明工程场地范围内是否存在隐伏断裂。在场地隐伏断裂勘察过程中，近年来比较常用的物探方法主要有反射波法地震勘探、高密度电法、瞬变电磁法等。众所周知，每种物探方法都有其自身优缺点，具体采用哪种方法，由工作经费、场地地质条件、地表施工条件以及技术装备等诸多因素决定。其中，瞬变电磁法（TEM）由于采用不接地回线，对场地地表条件要求不高，收发装置灵活多变，施工快速便利，与其他方法相比具有明显的优势，可广泛应用于矿产勘察、水文与工程地质、隐伏断裂探测等物探工作的各个领域。

1 瞬变电磁法探测原理

瞬变电磁法是以不接地回线或接地长导线供以双极性脉冲电流产生激发电磁场（图1a），在该电磁场的激励下，导电地质体受感应而产生涡旋电流。由于导电地质体是非线性的，所以脉冲电流从峰值跃变到零，一次磁场立即消失，而涡流并不立即消失，有一个瞬变过程，这个过程的快慢与导体的电性参数有关。地质体的导电性愈好，涡流的热耗损愈小，瞬变过程则愈长。这种涡流瞬变过程，在空间形成相应的瞬变磁场（图1c），脉冲电流关断期间在地面观测瞬变磁场，即观测二次磁场（图1b），就可发现地下异常地质体的存在，从而确定地下导体的电性结构和空间分布形态。

图1 瞬变电磁法原理示意图

2 工程实例

2.1 工程概况

安徽省合肥市某工程场地占地约100m×250m，主要拟建1幢22层办公楼、2幢3层商业楼。工程场地为拆迁场地，地貌单元属江淮波状平原，微地貌为一级阶地。钻孔资料揭示，场地第四系覆盖层主要由杂填土、粘土、细砂、粉质粘土、粉土夹砂等地质层位组成，下伏基岩为古近系泥质砂岩，中风化泥质砂岩顶界面埋深一般在40m左右。

该工程场地为拆迁场地，地表建筑垃圾分布广泛，电极接地条件不好，场地占地范围也不大。在开展该工程场地地震安全性评价工作过程中，为查明工程场地范围内是否存在隐伏断裂，许多物探方法因受场地条件限制难以实施，例如，高密度电法因电极接地条件差、测线长度短等因素制约，难以取得理想的探测效果；浅层地震勘探因测线长度短、检波器埋置效果差、施工复杂、费用高，工作开展难度较大。然而，瞬变电磁法能在小范围内布设不接地回线，完成电磁测深和剖面测量工作，从而避开场地条件限制。因此，采用瞬变电磁法作为一种先行方法来判断工程场地是否存在断裂较为经济、适宜。

2.2 数据采集与处理

现场数据采集采用骄鹏科技(北京)有限公司生产的EMT1000型TEM信号发射机和EM3W多功能电磁采集系统。测试前先确定装置形式为中心回线并布设发射线圈，对其进行供电。使用GPS定位同步发射机和采集接收机，利用不接地回线接收二次场信号。发射线圈和接收线圈沿测线方向同步移动，同时完成瞬变电磁测深和剖面测量工作。

本次工作在工程场地内共布设2条基本呈正交分布的测线，测线编号设为TEM1和TEM2，测线位置如图2所示。具体测量参数为：点距5m、发射频率25Hz、供电电流8.0A、叠加次数64次、发射线圈10m×10m单匝、接收线圈等效面积100m2，测线长度分别为100m和250m。

数据处理采用仪器配套处理软件——GeoPen-TEM瞬变电磁处理软件，经数据读取、参数设置、数据编辑、定义测线、绘制电阻率-深度剖面等步骤，得出2条测线的探测成果，如图3和图4所示。

2.3 成果解释

由图3与图4中的电阻率等值线图结合场地钻孔地质资料分析如下：

图2 瞬变电磁法测线布设位置示意图

图3 TEM1线电阻率-深度等值线图

图4 TEM2线电阻率-深度等值线图

（1）地表以下10m内基本为探测盲区，10m以下区域电性分布具有明显的规律性，主要表现为随着深度的增加，电阻率等值线值由低到高呈线性增大，在深度约40m存在电阻率等值线密集变化带，表明该深度范围电阻率变化较剧烈，存在明显的电性分界面，结合钻孔资料，推测该界面为中风化岩层的顶界面。

（2）TEM1和TEM2深度剖面基本反映了上部覆盖层及其下部基岩层的电性分布特征，两者电阻率曲线横向分布具有相似特征，即横向分布平稳，总体呈水平层状分布，展布连续。上述特征表明浅部覆盖层及其下部基岩层电性均匀，地层分布稳定，未受明显的构造扰动影响。

（3）由图2表示场地内测线TEM1和TEM2呈正交分布，其对应电阻率剖面变化特征相似，具有明显规律性，推测场地内地层垂向分布连续，横向水平分布稳定，未有明显电性扭曲、梯度异常等现象存在，表明工程场地范围内地层分布稳定、无隐伏断裂通过。

3 结论

通过工程实例分析瞬变电磁法在工程场地地震安全性评价中的实际应用效果，可以得出以下结论：

（1）瞬变电磁法野外数据采集可通过布设不接地发射回线，利用接收回线记录随时间变化的二次磁场信号，再通过专业软件，计算得到电阻率—深度等值线剖面。该方法具有施工简便、受场地条件限制小、可较准确地划分地层结构与隐伏构造等优点，在探测是否存在隐伏断裂方面具有较好的可行性和有效性。

（2）在工程场地地震安全性评价工作中，物探方法主要用来查明工程场地范围内是否存在隐伏断裂，并且大多数工程场址一般不存在隐伏断裂。因此，瞬变电磁法作为一种先行方法在工程场地地震安全性评价工作中不失为一种经济、快捷并行之有效的物探方法。相比其他物探方法，瞬变电磁法特别适用于场地范围小、地表接地条件差等其他物探方法难以实施的工程场地。

[1]王爱国，王大雁，柳誉.电法联合探测在地震安全性评价中的应用[J].勘察科学技术，2006（1）：61-64.

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[3]牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙：中南工业大学出版社，1992.

[4]陈卫，杨生，王有霖，等.时间域瞬变电磁法在地质勘查中的应用[J].矿产与地质，2006，20（4-5）：538-542.

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[6]曾向林.瞬变电磁法在工程地球物理勘探中的应用[J].西部探矿工程，2001（3）：44-45.

图1 断层在地震时间剖面上的反映

本区煤层总体上表现为一向南西倾斜的单斜构造，东北浅西南深，地层倾角小于5°，产状平缓。沿走向、倾向地层产状变化较小。其中3-1煤层的底板标高为740～890m，4-1煤层的底板标高为700～860m，5-1煤层的底板标高为680～820m，5-2煤层的底板标高为660～810m，6-1煤层的底板标高为625～795m， 6-2煤层的底板标高为625～765m。在此基础上发育有走向近NW向、NWW向的断层和宽缓的波状起伏。

根据三维地震勘探成果，煤矿及时调整了巷道和工作面的布置。现在根据巷道揭露情况，三维地震勘探解释的DF4断层的到了验证，为后续的生产提供了指导作用。

4 结论

通过三维地震勘探技术在鄂尔多斯盆地煤田中的应用实践，在野外施工时采取合理的施工参数、现场实时监控处理等技术手段，室内经一系列精细资料处理和人机交互辅助解释系统对比解释，可以解决煤矿采区煤层的赋存形态、断层、无煤区等其它地质异常等问题。三维地震勘探成果良好，为煤矿安全成产提供可靠保障，值得推广，应用前景广阔[1]。

参考文献：

[1]张广忠,郭恩惠,朱书阶,朱红娟.沙漠区超浅层三维地震勘探[J].煤田地质与勘探,2003,31(5):54-56.

P631.3

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1004-5716(2015)08-0115-03

2015-01-12

2015-01-13

王立会（1982-），男（汉族），江苏盐城人，工程师，现从事地球物理勘探、地震安全性评价等方面的工作。