基于大地电磁法在工程地质勘查中的应用探究

李 雪

（辽宁省第九地质大队有限责任公司，辽宁 铁岭 112000）

随着科技的不断创新，物探技术已经得到长足发展，尤其是近些年来大地电磁法的持续推进使得我国在工程地质勘查领域取得丰硕的成果。一般说来，大地电磁法常用于对地质矿产资源的勘查和开采，当前我国已经有多个城市相继使用大地电磁法对深层矿山实现了地质的勘查和矿产的开采，并且获得了较为显著的经济收益。大地电磁法有三种方法，即MT（大地电磁法）、AMT（音频大地电磁法）、CSAMT（可控源音频大地电磁法），这三种大地电磁法都有各自的优势，目前用得最为广泛的大地电磁法是CSAMT，CSAMT是为了解决AMT天然场源信号弱、信号干扰大等问题而诞生的一种利用人工电磁场源来发射电磁波从而实现电磁勘探的方法，它也是基于AMT和MT技术原理的结合而出现的电磁勘探技术，从某种程度上讲，CSAMT操作技术更加先进，工程勘查效果更为显著，而且它对于深部地质矿产的勘查和地下矿层的分布预测具有重要意义。笔者将于下文展开对大地电磁法基本理论的阐述以及探究大地电磁法在实际工程地质勘查中的应用，以供读者参考。

1 大地电磁法概述

1.1 大地电磁法优势分析

大地电磁法施行时高频电磁场的频率不同，其探测的地质深度也会有所不同，因此只需改变电磁场的频率就能获得不同地层深度的电性信息，这极大便捷了工程地质勘查的操作进程。大地电磁法的施行形式主要是通过计算电磁场的场值，利用这些场值来研究地电参数的变化，然后再利用大地电磁法来进行深部地质频率域的测探。大地电磁法是一种被动源的技术，它具有区域性分布和全球性分布的特征，主要是通过观测电磁场的变化来达到地质探测的目的。大地电磁法是当前我国对工程矿区的地质构造进行分析的主要手段，它能够探测到地层深度达几十公里的地质情况，这对工程地质勘查中深部矿床的研究具有重要意义。大地电磁法的主要优势是其勘查装备较为轻巧，其操作技术非常成熟，处理过程也较为多样化，而且其处理结果也非常准确，这对工程地质勘查中数据分析工作具有重要的促进作用。大地电磁法也有一定的缺点，其主要表现在，大地电磁法施行时电磁场的信号相对来说比较弱，它只适用于电磁干扰较小区域的地质勘查，未来还必须加大对大地电磁法的改进才能使其适用于大范围地区[1]。

1.2 大地电磁法操作原理

现代的工程地质勘查当中，大地电磁法的使用最为普遍，它已经得到了广泛的应用。大地电磁法是依据电磁感应的原理，利用电磁感应中的趋肤效应，以及高频电磁场穿透浅的原理，它是一种使用天然交变电磁场来研究地球的电性结构的物理勘探方法，将大地看作水平层状介质，而对于天然电磁场，是将其看作是垂直投射到地下的平面电磁波，基于此，通过对一系列不同频率的电磁波信号进行观测，而后再进行相关的数据采集，就可以计算出所需要的参数值，再对这些参数进行分析，就可以推测出地质构造的分布特征。因为该技术受磁场的干扰影响较大，这会严重影响数据的分析结果，对工程地质勘查工作来说是非常的不利，使得分析人员不能得出有效的结果，造成工程地质勘察的质量不能得到保障。针对这一问题，可以将大地电磁法与Robust优化理论（源于自动控制理论，Robust性是指在外加干扰的情况下，系统的动态稳定性。因此，Robust优化是指应对系统中不确定性因素的一种优化方法）结合起来，并且在不同地区设立一定的参考站，这样就可以在一定程度上有效降低大地电磁法受到磁场干扰的强度，从而在一定程度上能够保证工程地质勘查的质量。

2 大地电磁法在工程地质勘查中的实际应用

2.1 大地电磁法在工程地质勘查中的应用

针对大地电磁法在工程地质工程中的实际应用，可以以天津地区矿产资源的勘探工程作为范例来进行说明。在二十世纪二十年代初期，我国在对天津西青开发区进行工程地质勘查当中，主要使用了CSAMT方法和MT方法联合反演的手段进行对于井下矿产储存层的深度勘测，在工程前期主要进行数据分析和地质推断，而在工程后期主要进行实验验证，而最后再通过大地电磁法的实际勘测来对地质勘查到的结果进行验证。大地电磁法的使用使得工程地质勘查工作变得有序而又轻松。举例来说，隶属于天津西青开发区的沧县隆起是一个巨大的潜伏隆起，它的形成主要是地质的断裂作用以及板块运动的影响，造成其地质和内部结构非常复杂，并且其覆盖面也比较厚，东面断裂而西面超出，厚薄起伏不断。这样的地质情况使得该地区的矿产资源相对来说较为丰富，尤其是断裂带的交汇处储藏的矿产资源最为多样。然而对于工程地质勘查人员来说断裂带的交汇处存储的矿产资源最难勘查，因为这些断裂带交汇处具有较强的电磁场，使得大地电磁法的施行受到很强的电磁干扰，这对地质的勘查来说非常不利[2]。基于此种情况，工程地质勘查技术人员通过对CSAMT、MT的剖面进行分析得知，CSAMT方法和MT方法都能够对地层深部的地电结构进行较为细致的反映，前者主要是对浅层介质拥有较为细致的描述，后者主要是对深层介质拥有较为细致的描述，将两种大地电磁法综合起来使用，能够共同刻画出地质结构的概况，从而更加能够客观地反映出工程地质勘查的结果。

2.2 CSAMT应用于工程地质勘查的操作流程

CSAMT是一种先进的物探技术，该物探技术的施行过程是通过人工源来完成地质勘探的，施行过程不会用到自然源，其主要的操作流程为，先通过发射源向接地导线中提供音频电流而形成电磁场，利用这些电磁场来测探地层深部的地质情况。CSAMT的施行是通过控制发送电流功率的大小来实现10km以内收发距离的测探，所以其能完成2公里以内的深部地层的测探，这对深部地质矿产的勘查以及地下水资源的勘探具有重要意义。依照工程地质勘查的探测要求，先在勘探区域设置两条测线，将其均设置成3550m的长度，都按照东西方向排布，并且利用V8电法工作站来完成地质探测，将发射机电流设置成20A，这样就能够保证探测达到12公里的收发距离。接下来就是对获取到的数据进行处理。处理数据主要有四大步骤，第一步，评价采集到的原始数据，然后对相关的去噪处理措施进行研究，按照噪声对采集数据的影响，通过有效的去噪措施来解决问题，然后通过相位资料以及相邻点比较趋势分析法来实现对畸变视电阻率变化曲线的校正。第二步是通过静态的方式来校正数据。第三步是数据处理。此过程应当按照定性和定量的原则进行，具体操作即是依照地质构造在方法原理上所呈现的规律来定性研究平面成果，然后再结合探测区域内原始数据中的断层以及构造和地层变化的特征，两者综合分析，随后再通过反演的手段来实现定量化分析定性成果。第四步是对已经获知的物探资料以及地质信息进行详细研究，而后再综合分析探测区域的地球物理特征以及地质信息，之后就可以对探测区域内获得的数据进行系统分析，再对地质矿产的形成过程进行科学的解释[3]。

3 结语

大地电磁法越来越更多得被应用于工程地质勘查当中，未来的大地电磁法也必将实现更大的技术突破。笔者基于大地电磁法的基本原理而探讨了大地电磁法在工程地质勘查中的应用，期待能为在此领域的研究人员提供相关的信息指导，也相信未来我国必将实现大地电磁法的技术突破，从而在根本上消除大地电磁法当前所存在的一些短板，也相信未来我国必将在工程地质勘查领域实现更大的进展。