瞬变电磁法在探测地下溶洞中的应用解析

汪孝博

摘 要：地下溶洞主要是指地下水长期作用于灰岩裂隙，从而使岩溶或者破碎带发育的更加迅速，因此就形成地下溶洞。地下溶洞的形成会给建筑工程带来极大的危害，因此我们需要对地下溶洞岩溶的分布和发育情况进行探测，根据岩溶与周围介质的不同来选择不同的探测方法，本文以瞬变电磁法探测地下溶洞为例，为大家讲述瞬变电磁法在探测地下溶洞中的应用，希望对以后地下溶洞探测工作提供有利的依据。

关键词：瞬变电磁法；地下溶洞探测；应用解析

本文首先对溶洞的形成以及探测溶洞的方法进行简单叙述，然后再着重说明瞬变电磁法的工作原理，最后再以瞬变电磁法在探测武汉溶洞为例，为大家说明瞬变电磁法在探测地下溶洞中的作用。

一、溶洞的形成和溶洞探测方法

溶洞的形成方法主要是由于灰岩地区地下水长期进行溶蚀的结果。而在灰岩中，灰岩的电阻率要比其他的岩石的电阻率高，例如砂岩、泥岩、铝土岩以及粘土岩等等。如果灰岩内部发育有溶洞或者是溶蚀带，那么灰岩的电阻率就会迅速增大，为溶洞的探测工作带来很大的难度。溶洞和溶洞周围的岩层是具有非常明显的差异的，因此可以运用电测的方法对地下溶洞进行探测。在对溶洞进行探测的过程中用到很多的电测方法，例如地质雷达、高密度电法以及瞬变电磁法等等，而今天我们主要讲述的是瞬变电磁法在探测地下溶洞中的应用。瞬变电磁法的运用主要有以下几个特点：首先瞬变电磁法受地形的影响比较小，可以克服高阻屏蔽层的影响。其次瞬间电磁法受体积影响较小，在中横向方向的分辨率比较高，并且施工方法简单、速度快、并且频率高，同时也有一个缺点，就是瞬变电磁法在探测地下采空区的时候只能测试出地面位置和范围，不能进行深度的计算。所以，我们在运用瞬变电磁法来进行探测的时候，要根据探测地形的实际情况和具体的地质情况来结合瞬变电磁法的使用特点进行探测。

二、瞬变电磁法的工作原理

瞬变电磁法简称TEM，属于电磁感应类中的一种探测方法，所以瞬变电磁法也遵循电磁感应的工作原理，导电介质在阶跃变化的电磁场激发下产生涡流场效应，然后利用一个不接地的回线或磁偶极子向地下发射脉冲电磁波作为激发场源，等到脉冲电磁波结束以后，探测目标体或者大地就会在激发场的作用下，使得内部产生感生涡流，而且这些涡流是具有空间特性和时间特性的，并且涡流的大小与目标体的空间特征以及电性特征还有激发场特征等因素有关，并且会逐慢慢减弱最终直到消失。所以可以用专业的仪器来观测这种涡流产生的电磁场的强弱还有空间分布特性以及时间特性等。磁场的强弱的本质特征的决定因素是探测目标的物理性质以及赋存状态，浅部地层地质信息是由早期信号反映的，而晚期信号则反映出深部地层地质信息。如果需要推测和解释地层或地质目标体的几何和物性特征则可以通过观测和研究“二次场”的空间分布特性和时间特性来进行推测。

三、对瞬变电磁法在探测地下溶洞的应用进行举例说明

通过上文我们可以知道溶洞主要是由石灰岩在水中长期溶蚀的结果，在工程的建设中，溶洞是一种不良的地质。所以在选择工程建设地点的时候要尽量选择避开溶洞十分发育的地段，如果实在不能避让，就需要根据路段的实际情况来了对地下的溶洞做相应的处理。现阶段随着我国城市化进行的不断推进，各种基础设施也在不断的建设中，因此为了保证建筑物的安全，保证人们的正常生活，对地下地质情况进行探测是十分有必要的。而且随着科学技术的不断发展，人们探测地下溶洞的技术也在不断提高。

在最近的三十年来，武汉市的武昌以及汉阳等地区经常发生地面下陷的问题，这种问题就是由于石灰岩溶洞的作用以及地下水流作用等等。我们主要对武汉地区的地下溶洞进行研究，武汉地区的石灰岩距离现在已经有3.5-2.25亿年左右，而且石灰岩由于不断的叠压出现很多的沉积岩，沉积岩的厚度有几米的，也有几十米的，在东西向的褶皱构造中呈条带状分布川。灰岩的裂隙由于被地下水长期的作用就会使岩溶或者破碎带进行发育，所以就形成了溶洞。武汉地区岩溶发育的岩石与完整的灰岩比较，在电阻率和吸收系数方面具有非常大的差异，如果灰岩中有发育岩溶的裂隙带时，就会发生相应的低阻变异，进而会在电测剖面上的中深部位出现异常的低阻，而这些异常的低阻就会为瞬变电磁法探查地下溶洞提供了有利的条件。并且经过实践证明，运用瞬变电磁法对地下溶洞进行探测可以取得很好的效果，不管是为建筑工程的选址还是建设都有很大的技术保障。

在对武汉地下溶洞进行瞬变电磁法探测的时候，我们需要正确运用瞬变电磁法的探测功能。瞬变电磁法是一种脉冲感应类的电法探测，在电磁法中属于时间域电磁法。在使用的过程中需要通过不接地回线向溶洞发送一次磁场，测量一次场激励电源关断后一段时间内再开始二次磁场测量，通过二次磁场测量的信号的衰减变特点来解释和演绎地下溶洞结构的性状。如果地下存在良导体，那么良导体就会在一次场的激励下产生感应涡流，而且是按照指数规律来进行衰减的，如果地下溶洞中存在隐伏高阻介质，因为没有相对应的感应涡流，所以二次场的感应幅度就会变小，二次磁场也会很快的进行衰减。

在运用瞬变电磁法对地下溶洞进行探测的时候需要正确选择瞬变探测仪器。可以采用重庆奔腾数控技术研究生产的WTEM-1Q浅部瞬变电磁勘探仪。这项设备具有超高速关断、可靠性高和抗干扰功能强的特点，并且具有使用携带轻便、耗电量低的优势。工作方法可以选择叠加次数为六十四次，发射电流为4.27A，供电频率可以选择32Hz，发射电圈可以选择20mX20m单匝，接受线圈可以选择5mX5m单匝，然后布线方式选择中心回线。在实际测量的过程中，测线的布设方式由现场提供的控制点来引出，然后用全站仪布设两条基线，测点布设最好是采用测绳，例如皮尺进行量距定点，然后把每个点号代表实地一米的距离，测线的方向设定为南北的方向。最后通过对附近测线进行对比分析我们可以發现该地区低阻异常呈现带状分布，所以就可以推断地下有一定流向的地下水作用形成的溶洞。

通过上文对瞬变电磁法在探测地下溶洞中的应用分析我们可以了解到瞬变电磁法在探测地下溶洞的作用。首先利用瞬变电磁法可以查明了解地下横向和垂直方向的隐伏溶洞、破碎带以及溶蚀裂隙带的发育规模和分布规律，所以瞬变电磁法具有很好的探测效果。其次应用瞬变电磁法进行溶洞探测，在一定程度上可以克服地球物理解释的多解性，从而提高瞬变电磁法的勘查精度和勘查效果，可以弥补地球物理方法无法探测地下地质情况的问题。所以说瞬变电磁法是目前比较经济且实用的，而且能够高效的反映出地下丰富地质信息的重要手段，具有很好的应用性和推广性。

总结：综上所述，溶洞是由灰岩地区地下水长期进行溶蚀而形成的，如果在工程建设中没有对地质情况进行探测，没有发现地下的溶洞现象，就会对以后的工程发展带来巨大的损害，所我们有必要对地下溶洞进行探测。在目前众多的探测方法中瞬变电磁法是经常使用的方法，瞬变电磁法具有使用方法简单轻便，受地形影响小，可以对地下地质情况进行很好的探测和解释的特征。所以我们在使用的过程中需要根据地区地质的实际情况来使用正确的电磁探测方法，按照操作要领进行操作，保证探测数据的真实性和可靠性，只有这样才能准确的探测地下溶洞的具体情况，才能对地下地质条件进行很好的探测，为我国工程建设的选址提供有利的依据。

参考文献：

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[2]戚庭野，刘鸿福.瞬变电磁法在溶洞探测中的应用研究[J].西部探矿工程，2012，24（05）：124-126.