等值反磁通瞬变电磁法在地质灾害探测中的应用思考

周先福

（四川省地质矿产勘查开发局成都水文地质工程地质中心，四川 成都 610000）

近些年来，由于地质灾害问题日益凸显，给人们生命及财产安全带来极大的威胁，国家对于地质灾害的防范和治理越来越重视，特别是在对地质灾害的探测方面。就以往常规的地质灾害物探探测方法来看，由于受到场地地形、地质条件方面的限制，存在一定的局限性。而采用OCTEM进行地质灾害探测，能够有效解决水田、民房建筑以及交通道路在常规物探方面的限制问题。对此种新型探测方法进行研究，对今后地质探测工作的开展具有重要的实际意义。本文以某项工程案例为背景来对OCTEM探测技术的应用进行分析。

1 工程案例

针对某地坍塌、滑坡等地质灾害进行探测，探测区域的地形在总体上呈现斜向构造形式，地层呈现自下而上的形态，该形态又分为二叠系、三叠系和第四系。其中，二叠系属于含煤地层，该层在岩性成分上主要包括粉砂岩和砂岩，具有较低的电阻率。该区域的地质灾害问题通常表现在井水水位下降方面，另外，还存在地面变形等情况，特别是地面鼓起或周边居民房屋墙体出现开裂等现象。所以本次探测采用OCTEM的方式来进行。

2 OCTEM工作原理

OCTEM主要是利用相同线圈通以反向电流，在通以反向电流的过程中产生等值反向磁通，以此为依据，再利用两个上下平行共轴的相同线圈来作为发射线圈，而后进行测量，分别通以大小相等且方向相反的电流，并将其作为发射源，此时，接收线圈处在两个发射线圈中心位上，也就是由双线圈源进行合成后的一次场零磁通平面上，从而使发射线圈对一次场的影响得以消除，进而能够对地中心耦合的纯二次场进行探测。此种探测方法较传统瞬变电磁法而言，由于OCTEM接收线圈主要是在一次场零磁通平面上进行，若将发射电流切断，此时接收面一次场的磁通变为零，接收线圈本身是不会发生电磁振荡的，而接收信号则是受到地质体涡流的响应，因为该探测方法消除了接收线圈对一次场的影响，从而使OCTEM实现了100米以内的浅层勘探。由于OCTEM线圈采用的是上下大小相同的双线圈，发射电流是相同的，而方向是相反的，所以，双线圈无穷远处以及几何中心水平面的一次垂直磁场则为零。但发送电源处于断开状态时，其他空间中的一次垂直磁场接近地表位置，此时，发射线圈所产生的磁场最大，这就可以得出，在变化时间相同的条件下，地表附近所产生的感应漩涡流最大，且感应磁场也是最强的。若电源开关断开是在间歇性延迟的情况下，则又会出现新的感应涡流，此时的感应涡流处于极大直面，同时，还会逐渐与垂直发射线圈相远离，并朝着远离的方向不断扩散，在此过程中，极大值的衰减幅度和扩散速度两者均与大地电阻率相关。局部良导体以及大地电导率的埋深是大地介质当中影响衰减幅度和涡流扩散速度的主要参数。通常将大地介质当中的电导率看作常数，而影响极大值的衰减变化幅度以及扩散速度的主要因素是局部地质体的形态、电导率、埋深以及规模等参量的变化。通常情况下，若只考虑电导率，当具体地质体当中的电导率较大时，极大值在衰减幅度以及扩散速度方面也就越小[1]。

3 OCTEM在地质灾害探测中的应用

（1）仪器设备使用说明

在进行地质探测的过程中，通常需要进行地下岩溶的勘探，地下岩溶发育范围在地下100米以内，为了查明地下岩溶的发育情况，采用HPTEM-08 型具有高精度的瞬变电磁仪器来进行勘探，该仪器最大的地下勘探深度可达300米左右，完全可以满足勘探的需求。该系统主要是在传统的瞬变电磁勘探当中，抗电磁干扰能力弱、以及存在勘探盲区等问题下进行研发的，其较好的运用了等值反磁通这一技术，使收发线圈之间存在的感应耦合得以消除，同时利用对偶中心耦合这一原理，来提高横向分辨率。另外，微线圈采用了统一标准，采用了较高灵敏度的传感器，使用了高速24位的数据采集卡，加上高密度的测量技术，从而达到对浅层地质的高精度瞬变电磁探测。HPTEM-08型高精度瞬变电磁系统组成部分有：操作电脑、12V的外接电池、HPTEM天线及仪器主机。其中，仪器天线的质量在25kg左右，直径为1.5米，野外作业只需三个人就能完成，同时还可以在城镇街巷以及狭小的村庄开展勘探工作，一个探测点仅仅只用1到5分钟便能完成测量，具有高效和轻便的优势[2]。

（2）测线布置方式

对现场进行踏勘，并结合相关地质资料，对探测区域范围内塌陷的地方进行了六条瞬变电磁法测线的布置，由于地物的影响，在测线长度上有所不同，测线长度最短为280米，最长达到340米，测线距离也不相同，有十多米也有四十多米，而测线的总体方位呈305度角，且与地层的总体走向相垂直，角度在25度左右。根据勘查到的资料显示，区域内的地面塌陷属于群洞，且分布范围在100米左右，所以点距的设置应选择10米，以此便能达到更好的探测效果。

（3）自检调平校验

在进行探测之前，需进行自检调平校验。具体方法是：将接收及发射线框在水平方向进行放置，并对接收线框以及发射线框进行相对位置的调整，对衰减曲线进行观测。在此过程中，如果衰减稳定，且衰减曲线未出现负值，则表明仪器正常，在完成调平校验之后，便可以进行采集。

（4）频率的选择

在使用HPOCTEM-08的高精度瞬变电磁仪时，其勘探的深度与发送频率有着很大的关系，若探测的深度越深，则发送频率会越小，若探测深度越浅，则发送频率会越大。该仪器在使用过程中经常用到的3个发送频率分别是2.5赫兹、6.25赫兹以及25赫兹。在实地测量的基础上，对本次探测工作频率选取6.25赫兹时，探测深度能够达到200多米，且能够满足探测需求。

（5）叠加次数的选择

在进行叠加次数的选择时，主要是与探测区域内以及周边的噪声水平相关，从理论上来讲，若叠加次数较大，所采集到的衰减曲线信号在信噪比上就会越高。然而，在进行实际的探测工作时，通常要兼顾并考虑工作效率问题，这就需要将探测工作频率选择为6.25赫兹，而此时的叠加次数也会达到300次左右，在这样的情况下，进行两次重复的观测尤为重要，且效果更佳。此外，HPOCTEM-08高精度瞬变电磁仪主要是在等值反磁通这一原理的基础上进行设计的，所以受电磁波的干扰影响相对要小，但在探测过程中，仍然需要尽量的避开铁器、铁门、汽车以及电线等干扰源，而后按照实际测量的情况，需将仪器远离这些干扰源，且距离应大于5米，此时数据的信噪比较高，探测精准度以及数据质量也就更好[3]。

4 结语

综上所述，通过本次探测发现OCTEM具有良好的探测效果，不仅可以在接地条件差、房屋密集的地方进行探测，还可以在受电磁波干扰比较大的城镇和村庄进行探测，突破了地域条件方面的限制。通过本次探测发现，探测区域内的地面塌陷主要是由于地下水运动引起的，在地下水运动的过程中，将岩溶内部的砂砾和黏土等填充物带走，从而发生岩土结构的坍塌，所以对于这类地质灾害区域应加强治理及防范。因此，通过本次探测得知地面塌陷等地质灾害极容易出现在灰岩地区以及岩溶较发育的范围内，若区域附近还存在采矿等活动，对于岩溶和地下水平衡会造成极大的破坏，进而引发塌陷事故。为了对地质灾害影响进行控制，在今后的工作中，相关工作人员应采取科学合理的探测方法，常规下一般采用物探方法进行，若探测场地受限，则可以采用OCTEM进行，并在今后的探测过程中注重每一个环节，做到认真细致，对该探测技术进行重点及熟练的掌握，同时结合现场实际情况，灵活运用等值反磁通瞬变电磁法探测方式，使其发挥出最大效用。