电法勘探方法在水文和工程地质中的应用

五、瞬变电磁法(TEM)

瞬变电磁法是利用不接地或接地线源向地下发送一次场，在一次场的间歇期间，测量由地质体产生的感应电磁场随时间的变化。根据二次场的衰减曲线特征，就可以判断地下不同深度地质体的电性特征及规模大小等。由于该方法是观测纯二次场，消除了由一次场所产生的装置偶合噪音，具有体积效应小、横向分辨率高、探测深度深、对低阻反映灵敏、与探测地质体有最佳偶合、受旁侧地质体影响小等优点。

瞬变电磁法最初是由前苏联学者在20世纪30年代提出用于解决地质构造问题，20世纪50年代用于找矿，20世纪60年代以后从方法原理到一、二维反演都得到了广泛应用和发展。在我国，该方法研究始于20世纪70年代，20世纪90年代后逐步向工程检测、环境、灾害等应用领域发展。从20世纪80年代开始，原长春地质学院、原地矿部物化探研究所、中南大学等研究机构分别在方法理论、仪器及野外试验、一维及二维正反演方法等方面做了大量工作，并且自行研制了几种功率小、探测深度浅的瞬变电磁法仪器，在生产实际中见到了好的应用效果。然而，大功率、探测深的瞬变电磁法仪器国内尚在研制中，目前主要依赖进口。

瞬变电磁法除了广泛应用于金属矿产、石油、煤田、地热以及冻土带和海洋地质等地质勘查工作之外，在水文和工程地质勘查中也取得了非常好的应用效果，如杨文钦(2002)、张保祥(2002)、郁万彩(2001)、蒋文(2004)等使用瞬变电磁法查明断层及顶板砂岩的导水性及富水性、勘查地下水资源及界定地下水位、评价断层空间位置及含水性和寻找地下含水构造;刘继东(1999)、李貅(2000)、袁江华(2002)、阎述(1999)等使用瞬变电磁法探测煤柱及圈定老窑采空区、勘察煤田矿井涌水通道、探测小浪底水库库区煤矿采空区和探测地下洞体的存在;刘羽(1995)用瞬变电磁法评价塌陷成因及危害性、评价防渗帷幕稳定性、探测高层建筑地基和评价大桥桥址稳定性;郭玉松(1998)使用瞬变电磁法探测堤防工程隐患、勘查水库坝址;薛国强(2003)使用瞬变电磁法探测公路隧道工程中的不良地质构造;李文尧(2000)用瞬变电磁法在抗洪抢险中寻找漏水断裂或溶洞;敬荣中(2003)使用瞬变电磁法结合四极测深探测地下管网分布。

六、地质雷达(GPR)

地质雷达与探空雷达技术相似，是利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目标体，只是频率相对较低，用于解决地质问题，又称“探地雷达”。将雷达技术用于探地，早在1910年就已经提出，在随后的60年中该方法多限于对波吸收很弱的盐、冰等介质中。直到20世纪70年代以后，地质雷达才得到迅速推广应用。我国地质雷达仪器的研制始于20世纪70年代初期，由多家高校和研究机构进行仪器研制和野外试验工作。但是由于种种原因，研究成果至今未能用于实际。目前，国内使用的地质雷达仪器都是引进的，能够提供商用地质雷达技术的有美国、加拿大、瑞典、俄罗斯等国家。

地质雷达是由地面的发射天线将电磁波送入地下，经地下目标体反射被地面接收天线所接收，通过分析接收到电磁波的时频、振幅特性，可以评价地质体的展布形态和性质。由于雷达穿透深度与发射的电磁波频率有关，使其穿透深度有限，但分辨率很高，可达0.05米以下。早期，地质雷达只能探测几米内的目标体，应用范围比较狭窄。此外，地质雷达与地震反射法原理相似，一些地震资料处理解释方法可以借用。目前，地质雷达探测深度最大可达100米，使之成为水文和工程地质勘察中最有效的地球物理方法。

地质雷达因具有分辨率高，成果解释可靠的特点，在浅层地质勘探中，有着非常广泛的应用。如探测覆盖层厚度、基岩面起伏，查找潜伏断层、破碎带、古溶洞、管道沟、涵洞以及地下掩埋体，进行环境地质、考古调查等。在水文和工程地质中，地质雷达应用也是非常广泛，主要有：杨天春(2001)、钱荣毅(2003)、邓居智(1999)使用地质雷达进行公路、高速公路、机场道路等质量的无损检测;赵永贵(2003)、薛建(2000)、史付生(2003)使用地质雷达进行隧道地质超前预报、检测隧道衬砌质量;王俊茹(2003)、李永革(2001)、姬继法(2002)使用地质雷达探测建筑物地下边坡孤石、机场地下古墓等不良地质体分布，消除其对邻近或上部构筑物构成的潜在威胁;姜卫方(2000)、李大心(2000)、朱红军(2002)使用地质雷达调查滑坡体及滑坡面、评估崩塌、滑坡及地面沉降等地质灾害;高建东(1999)、曾校丰(2000)、王百荣(2001)、张志清(2000)使用地质雷达探测水库地下防渗墙、探测水库坝体结构层及结构层材料老化变质、检测灌浆质量及混凝土厚度、调查覆盖层厚度及衬砌混凝土质量;杨向东(2001)使用地质雷达探测地下管道;李张明(2000)使用地质雷达在三峡工程施工中探明花岗岩不均匀风化分布范围、圈定较大断层及风化夹层的延伸范围和产状、检测高速公路质量;王孝起(2001)使用地质雷达调查南水北调中线天津干渠基岩岩性及基岩面高程;张兴磊(2001)使用地质雷达查明了煤柱破坏情况和采空区分布范围，指导注浆施工;张欣海(1999)使用地质雷达查明了海上围堤的断面特征以及着底情况;陈爱云(2003)使用地质雷达在石质文物保护工程中查明岩体中含水裂隙和溶洞的分布规律及对文物的影响。

七、结论

通过对几种主要电法勘探方法的发展、原理及实际应用进行综述，可以看出，电法勘探方法在水文和工程地质勘探领域有着广泛的应用，归结起来有以下几方面：

1.高密度电法由于其高效率、深探测和精确的地电剖面成像，成为水文和工程地质勘察中最有效的方法。考虑到该方法的分辨率不高，在具体的应用中可以结合其他电法勘探、电测井等方法，达到精细地质解释的目的。

2.地质雷达主要用于各类工程地质勘探，是工程地质勘探首选的电法勘探方法。同时，该方法可以借用地震勘探中已有的资料处理和解释技术，使其迅速发展，可以在更多的领域发挥作用。

3.在水文地质勘探中，激发极化法和可控源音频大地电磁法是首选的电法勘探方法，如果将激发极化法和高密度电法结合起来寻找地下水资源，效果将会更好。

4.瞬变电磁法在水文地质和工程地质勘探中都有着广泛的应用，尤其是大功率瞬变电磁仪不仅可以在深部地质勘探中发挥作用，还具有较高的分辨能力。如果将该方法与高密度电法结合使用，有望解决深部精细地质勘察问题。

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