五、瞬變電磁法(TEM)

瞬變電磁法是利用不接地或接地線源向地下發(fā)送一次場，在一次場的間歇期間，測量由地質(zhì)體產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場隨時(shí)間的變化。根據(jù)二次場的衰減曲線特征，就可以判斷地下不同深度地質(zhì)體的電性特征及規(guī)模大小等。由于該方法是觀測純二次場，消除了由一次場所產(chǎn)生的裝置偶合噪音，具有體積效應(yīng)小、橫向分辨率高、探測深度深、對低阻反映靈敏、與探測地質(zhì)體有最佳偶合、受旁側(cè)地質(zhì)體影響小等優(yōu)點(diǎn)。

瞬變電磁法最初是由前蘇聯(lián)學(xué)者在20世紀(jì)30年代提出用于解決地質(zhì)構(gòu)造問題，20世紀(jì)50年代用于找礦，20世紀(jì)60年代以后從方法原理到一、二維反演都得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。在我國，該方法研究始于20世紀(jì)70年代，20世紀(jì)90年代后逐步向工程檢測、環(huán)境、災(zāi)害等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。從20世紀(jì)80年代開始，原長春地質(zhì)學(xué)院、原地礦部物化探研究所、中南大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)分別在方法理論、儀器及野外試驗(yàn)、一維及二維正反演方法等方面做了大量工作，并且自行研制了幾種功率小、探測深度淺的瞬變電磁法儀器，在生產(chǎn)實(shí)際中見到了好的應(yīng)用效果。然而，大功率、探測深的瞬變電磁法儀器國內(nèi)尚在研制中，目前主要依賴進(jìn)口。

瞬變電磁法除了廣泛應(yīng)用于金屬礦產(chǎn)、石油、煤田、地?zé)嵋约皟鐾翈Ш秃Ｑ蟮刭|(zhì)等地質(zhì)勘查工作之外，在水文和工程地質(zhì)勘查中也取得了非常好的應(yīng)用效果，如楊文欽(2002)、張保祥(2002)、郁萬彩(2001)、蔣文(2004)等使用瞬變電磁法查明斷層及頂板砂巖的導(dǎo)水性及富水性、勘查地下水資源及界定地下水位、評價(jià)斷層空間位置及含水性和尋找地下含水構(gòu)造;劉繼東(1999)、李貅(2000)、袁江華(2002)、閻述(1999)等使用瞬變電磁法探測煤柱及圈定老窯采空區(qū)、勘察煤田礦井涌水通道、探測小浪底水庫庫區(qū)煤礦采空區(qū)和探測地下洞體的存在;劉羽(1995)用瞬變電磁法評價(jià)塌陷成因及危害性、評價(jià)防滲帷幕穩(wěn)定性、探測高層建筑地基和評價(jià)大橋橋址穩(wěn)定性;郭玉松(1998)使用瞬變電磁法探測堤防工程隱患、勘查水庫壩址;薛國強(qiáng)(2003)使用瞬變電磁法探測公路隧道工程中的不良地質(zhì)構(gòu)造;李文堯(2000)用瞬變電磁法在抗洪搶險(xiǎn)中尋找漏水?dāng)嗔鸦蛉芏?敬榮中(2003)使用瞬變電磁法結(jié)合四極測深探測地下管網(wǎng)分布。

六、地質(zhì)雷達(dá)(GPR)

地質(zhì)雷達(dá)與探空雷達(dá)技術(shù)相似，是利用寬帶高頻時(shí)域電磁脈沖波的反射探測目標(biāo)體，只是頻率相對較低，用于解決地質(zhì)問題，又稱“探地雷達(dá)”。將雷達(dá)技術(shù)用于探地，早在1910年就已經(jīng)提出，在隨后的60年中該方法多限于對波吸收很弱的鹽、冰等介質(zhì)中。直到20世紀(jì)70年代以后，地質(zhì)雷達(dá)才得到迅速推廣應(yīng)用。我國地質(zhì)雷達(dá)儀器的研制始于20世紀(jì)70年代初期，由多家高校和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行儀器研制和野外試驗(yàn)工作。但是由于種種原因，研究成果至今未能用于實(shí)際。目前，國內(nèi)使用的地質(zhì)雷達(dá)儀器都是引進(jìn)的，能夠提供商用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的有美國、加拿大、瑞典、俄羅斯等國家。

地質(zhì)雷達(dá)是由地面的發(fā)射天線將電磁波送入地下，經(jīng)地下目標(biāo)體反射被地面接收天線所接收，通過分析接收到電磁波的時(shí)頻、振幅特性，可以評價(jià)地質(zhì)體的展布形態(tài)和性質(zhì)。由于雷達(dá)穿透深度與發(fā)射的電磁波頻率有關(guān)，使其穿透深度有限，但分辨率很高，可達(dá)0.05米以下。早期，地質(zhì)雷達(dá)只能探測幾米內(nèi)的目標(biāo)體，應(yīng)用范圍比較狹窄。此外，地質(zhì)雷達(dá)與地震反射法原理相似，一些地震資料處理解釋方法可以借用。目前，地質(zhì)雷達(dá)探測深度最大可達(dá)100米，使之成為水文和工程地質(zhì)勘察中最有效的地球物理方法。

地質(zhì)雷達(dá)因具有分辨率高，成果解釋可靠的特點(diǎn)，在淺層地質(zhì)勘探中，有著非常廣泛的應(yīng)用。如探測覆蓋層厚度、基巖面起伏，查找潛伏斷層、破碎帶、古溶洞、管道溝、涵洞以及地下掩埋體，進(jìn)行環(huán)境地質(zhì)、考古調(diào)查等。在水文和工程地質(zhì)中，地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用也是非常廣泛，主要有：楊天春(2001)、錢榮毅(2003)、鄧居智(1999)使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行公路、高速公路、機(jī)場道路等質(zhì)量的無損檢測;趙永貴(2003)、薛建(2000)、史付生(2003)使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、檢測隧道襯砌質(zhì)量;王俊茹(2003)、李永革(2001)、姬繼法(2002)使用地質(zhì)雷達(dá)探測建筑物地下邊坡孤石、機(jī)場地下古墓等不良地質(zhì)體分布，消除其對鄰近或上部構(gòu)筑物構(gòu)成的潛在威脅;姜衛(wèi)方(2000)、李大心(2000)、朱紅軍(2002)使用地質(zhì)雷達(dá)調(diào)查滑坡體及滑坡面、評估崩塌、滑坡及地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害;高建東(1999)、曾校豐(2000)、王百榮(2001)、張志清(2000)使用地質(zhì)雷達(dá)探測水庫地下防滲墻、探測水庫壩體結(jié)構(gòu)層及結(jié)構(gòu)層材料老化變質(zhì)、檢測灌漿質(zhì)量及混凝土厚度、調(diào)查覆蓋層厚度及襯砌混凝土質(zhì)量;楊向東(2001)使用地質(zhì)雷達(dá)探測地下管道;李張明(2000)使用地質(zhì)雷達(dá)在三峽工程施工中探明花崗巖不均勻風(fēng)化分布范圍、圈定較大斷層及風(fēng)化夾層的延伸范圍和產(chǎn)狀、檢測高速公路質(zhì)量;王孝起(2001)使用地質(zhì)雷達(dá)調(diào)查南水北調(diào)中線天津干渠基巖巖性及基巖面高程;張興磊(2001)使用地質(zhì)雷達(dá)查明了煤柱破壞情況和采空區(qū)分布范圍，指導(dǎo)注漿施工;張欣海(1999)使用地質(zhì)雷達(dá)查明了海上圍堤的斷面特征以及著底情況;陳愛云(2003)使用地質(zhì)雷達(dá)在石質(zhì)文物保護(hù)工程中查明巖體中含水裂隙和溶洞的分布規(guī)律及對文物的影響。

七、結(jié)論

通過對幾種主要電法勘探方法的發(fā)展、原理及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行綜述，可以看出，電法勘探方法在水文和工程地質(zhì)勘探領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，歸結(jié)起來有以下幾方面：

1.高密度電法由于其高效率、深探測和精確的地電剖面成像，成為水文和工程地質(zhì)勘察中最有效的方法。考慮到該方法的分辨率不高，在具體的應(yīng)用中可以結(jié)合其他電法勘探、電測井等方法，達(dá)到精細(xì)地質(zhì)解釋的目的。

2.地質(zhì)雷達(dá)主要用于各類工程地質(zhì)勘探，是工程地質(zhì)勘探首選的電法勘探方法。同時(shí)，該方法可以借用地震勘探中已有的資料處理和解釋技術(shù)，使其迅速發(fā)展，可以在更多的領(lǐng)域發(fā)揮作用。

3.在水文地質(zhì)勘探中，激發(fā)極化法和可控源音頻大地電磁法是首選的電法勘探方法，如果將激發(fā)極化法和高密度電法結(jié)合起來尋找地下水資源，效果將會(huì)更好。

4.瞬變電磁法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)勘探中都有著廣泛的應(yīng)用，尤其是大功率瞬變電磁儀不僅可以在深部地質(zhì)勘探中發(fā)揮作用，還具有較高的分辨能力。如果將該方法與高密度電法結(jié)合使用，有望解決深部精細(xì)地質(zhì)勘察問題。

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