可控源大地电磁法在地质灾害勘察中的应用分析

王智

（重庆长江工程勘察设计院有限公司 重庆市渝北区 401147）

可控源大地电磁法在地质灾害勘察中的应用分析

王智

（重庆长江工程勘察设计院有限公司 重庆市渝北区 401147）

在人类活动中自然地质灾害是比较常见的。近几年，科技迅猛发展，尤其是可控源大地电磁法的应用，给地质灾害勘察工作带来了极大的便利，为抗震防灾提供了有价值的地质信息。在地质灾害勘察工作中，断层勘察是十分重要的，本文介绍了可控源大地电磁法，并以矿区地质灾害勘察为例，就其实际应用做出了探讨。

可控源大地电磁法；地质灾害勘察；应用分析

在地质灾害勘察工作中，应用可控源大地电磁法具有较强的经济性，不容易受到地形的影响，且有利于控制勘察成本，对提升勘察工作的便捷性和勘察深度有积极作用。近几年，科技迅猛发展，计算机技术得到了十分广泛的应用，在地质勘察工作中，野外探测仪器数字化程度日益提高，提高了地质勘察的精密度，推动了地质勘察工作的进步。其中，可控源大地电磁法作为数字化野外探测仪器的佼佼者，有力保障了地质勘察工作的发展。本文即以某石膏矿区为例，对可控源大地电磁法的实际应用做出了探讨。

1 可控源大地电磁法概述

1.1 技术简介

作为一种探测方法，可控源大地电磁法的一大优势就是人工可控场源的使用，与天然场源相比，人工可控场源的信号强了很多，弥补了使用天然场源信号弱的缺陷。但是，应用可控源大地电磁法，后期处理工作变得不再简单。一般，可控源大地电磁法可分为三种，分别为张量、矢量和标量可控源大地电磁法，而在地质勘察工作中，应用标量可控源大地电磁法较之其他两种可控源大地电磁法有着更强的经济性，且使用便捷性强[1]。同时，对一个场源，应用标量可控源大地电磁法还能观测两个分量，所以，标量可控源大地电磁法的应用是三种可控源大地电磁法中最为广泛的。

1.2 技术实现原理

可控源大地电磁法的应用信号源是接地水平电偶源，弥补了地质勘察工作中天然场源信号弱的缺陷，是频率域电磁勘察的一种。在地质勘察工作中，应用可控源大地电磁法激发地下岩石，是借助人工场源实现的，电位差在有电流时产生，场电位在此时也得以接收。鉴于频率、深度这二者的数字关系，加上场源频率以及岩石电导率的差别，底层中传播深度会有不同，同时也会产生不同的磁场和电位。而在地质勘察工作中，对地质情况断层的勘察作业应用可控源大地电磁法就是以岩石导电率的不同以及磁场强度变化为依据的。

作为地质勘察的新型技术，可控源大地电磁法最早出现在20世纪80年代，基于电磁传播及麦克斯韦方程组理论提出的，计算得出地下视电阻率公式。其中，s为地下的视电阻率，f为频率[2]。从这一公式中可以看出，获得视电阻率s，只需得到正交水平电磁场（Ex，Hy）即可。

同时，以电磁波趋肤效应理论为基础，经过计算又可得出趋肤深度公式：。其中，d为有效探测深度。从这一公式中可以看出，若地下的视电阻率s不变，频率f增大，有效探测深度d会随之减小，也就是说同一电阻率条件下，低频下的有效探测深度大[3]。分析这一公式得出，在地质勘察工作中，要探测不同深度底层，只需要做好频率控制即可，这样就可以得到不同深度地层的数据信息。然后，对比视电阻率s，分析其变化，就可以对地质特征做出一定判断，从而得出接触带的空间分布情况[5]。

2 可控源大地电磁法应用

2.1 应用现状

在地质勘察工作中，应用电磁法促进了地质勘察的发展。其中，在盆地基底的研究工作中，可控源大地电磁法不仅应用广泛，且便利性强。尤其是近几年，可控源大地电磁法在应用中的成绩显著，渐渐被地质学家认可，一度跃为新型地质勘察的佼佼者[6]。对于工程单位来说，必须首先了解地质情况，解决地质问题，而在地质勘察工作中通过对可控源大地电磁法的应用，可以保障地质勘察工作的高效进行。但是，可控源大地电磁法也是有一定的应用缺陷的，在应用中受到场源干扰，电磁场“合齐次”会因此而无法得到满足[7]。此外，应用可控源大地电磁法还需引入发射机，这不利于地质勘察的野外作业。

2.2 应用实例

应用可控源大地电磁法的基本原理进行地质勘察工作，电磁波是平面波，要想入射到地层，只有在垂直的条件下才能实现，根据光的折射定律做出对电磁波能量的分配。

在实际地质勘察中，以某石膏矿区为例，应用可控源大地电磁法进行对该地区的探测。该石膏矿区大部分是水田耕地，基岩裸露，地面标高大于10m，且不超过20m，严重干扰了数据采集工作。同时，该石膏矿区附近为输电、通讯线路，也影响了磁场观测。该石膏矿区地层发育较好，有至少3100m的沉积厚度，其中，勘测区受控边界断层，有大幅断陷断块，断陷结构不完整。对该石膏矿区进行地质勘勘察，如果用传统的勘察手段，很容易受到环境影响，探测深度也无法符合标准，根据该石膏矿区的实际地层情况，勘察作业需应用可控源大地电磁法。

一般条件下，若是在1～2km范围的探测深度，超出6km的区域都是远区[8]。同时，若平面电磁波超出60°，且在此基础上，在1～2km范围内收发测线，要保证观测信号强度不受干扰，则需要改善导线电阻。在该石膏矿区应用可控源大地电磁法进行地质勘察作业，工作参数为：不超过50Ω的接地电阻、20m的测线点距、1000V电压、20A电流、5500～8000m范围内的收发距离以及1200m的发送极距。

3 分析与结论

3.1 数据处理分析

处理得到的观测数据，得出视电阻频率点图曲线如图1所示。

图1 视电阻频率点图曲线

统计数据并对数据进行对比分析，为更好认识该曲线，结合钻孔测井信息，正演地电模型。同时，对上述数据做出了MTsoft2D处理，进一步明确了该石膏矿区的断层，得出反演结果如图2所示。

图2 MTsoft2D处理反演图

一般，断层发育处会有岩石破碎，且会受到地下水的溶蚀，由此导致此处没有较高的岩石电阻率，且岩性、断层性质也会影响电阻率下降大小，根据这种电性信息就可以对断层所处位置进行判断。从MTsoft2D处理反演图可以看出，变化不同的地方在中部，剖面较浅处没有较高的视电阻率。同时，从图中还可看出有的区域无均匀横向分布，由此可以判断断层处在该区域的可能性比较大。

3.2 应用结论

（1）视电阻频率点图曲线为KHA和QHA这两种类型，做相干加强处理，并进行多次叠加操作，可以实现对干扰的压制。探究深部地层电性变化，可以电性资料为依据，石膏层中高阻异常。鉴于石膏水化影响，加上含水因素等，若有断层破碎带，一般能够看到低阻异常出现。

（2）根据探测数据及处理结果，结合已知钻孔资料，应用可控源大地电磁法可有效判断断层位置，地电关系明确，具有十分重要的地质意义。同时，在地质勘察工作中发现，应用可控源大地电磁法还需继续提升数据采集水平，从而做到对石膏层顶界面深度的更好控制。

（3）以某石膏矿为例，根据该石膏矿特点，应用可控源大地电磁法，从勘察结果来看，该技术给地质灾害勘察工作提供了较大便利，经济性强，安全性高且十分可靠，值得得到大范围推广。

4 结语

综上所述，在地质勘察工作中，有效应用可控源大地电磁阀对于保障勘察工作顺利进行有积极意义。科技发展日新月异，在今后的时间里，电磁法技术将会更加先进，需继续探讨其在地质勘察工作中的应用，以便更好推动地质勘察工作的发展。文章介绍了可控源大地电磁法的技术实现原理和应用现状，以某石膏矿区为例，分析该石膏矿特点，应用可控源大地电磁法对该地区进行探测，根据数据分析，判断断层位置，给地质灾害勘察工作带来了极大的便利。

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1004-7344（2016）04-0198-02

2016-1-21