瞬变电磁法也称时间域电磁法, 它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场, 在一次脉冲磁场间歇期间, 利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

当勘探目的层之上覆盖有低电阻层时, 低电阻层就会对瞬变电磁场产生屏蔽作用, 特别当地表为低电阻层时, 对瞬变电磁的探测深度具有很大的影响, 而水的电阻率低, 水面则相当于一个低阻层, 此时, 瞬变电磁勘探所需要的探测时间加长, 导致晚期资料的信噪比下降。因此, 水上勘探时, 要注意低阻层对瞬变电磁勘探的影响。

为消除这个影响, 在勘测前, 一定要先试验参数以取得较佳的数据资料。

某天然气外环管网长江穿越地质勘察工程, 其目的是查明场区范围内水深标高、覆盖层厚度、基岩起伏形态及隐伏断层发育情况。

场地位于重庆北碚向斜东翼, 岩层呈单斜产出, 在河流两岸基岩出露。场区内地层主要为第四系全新统残坡积粉质黏土和冲洪积细砂土、卵砾石土及侏罗系中统沙溪庙组(J₂s)泥岩、砂岩组成。

工区各层介质及电阻率为:江水, < 60 Ω · m; 卵石层, 60~200 Ω · m; 基岩, 200~400 Ω · m。

本次勘测共布置1条物探测线, 总长610 m, 点距5 m, 分为3段完成, 分别是W1— W1'、W2— W2'和W3— W3'(图1), 其中W1— W1'和W3— W3'在两岸, W2— W2'在江面上。

图1

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	图1 工区物探测线布置

使用长沙白云仪器厂生产的MSD-1瞬变电磁仪。先在江岸和近江面进行试验以确定仪器参数, 收发线框5 m× 5 m, 发射线圈2匝, 接收线圈4匝; 供电电流1~20 A; 发射频率25 Hz, 叠加次数1 024次。由于江面较宽, 采用的是接收线圈与发射线圈重叠的装置方式工作, 这样既方便工作, 又使其与将要探测的地质体有最佳的耦合, 提高探测能力, 且受旁测地质体的影响也是最小的。在水中勘测时, 线框拴在竹筏上绑在船的尾部, 船体缓慢开动, 在数据记录的采集点时, 同时用GPS记录点号, 保证其采集数据的有效性。

测量完成后, 需对原始数据进行验收, 剔除数据的异常点, 绘制剖面视电阻率等值线断面图, 分析场地的电性变化及趋势, 结合场地工程地质勘察资料进行对比、综合分析及判断, 从而得出解释结果。反演计算时采用了多组不同的反演系数, 先根据高平滑度反演断面对电性异常区进行定性分析, 再结合相关地质成果, 根据低平滑度反演断面作定性解释。

图2给出了3段测线的瞬变电磁测量剖面。

图2

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'>	图2 测线W1— W1'、W3— W3'、W2— W2'的电阻率反演断面

W1— W1'测线总长120 m。图2a中上下层的电阻率有明显的分界面, 深度为16.8 m, 推测为基岩面, 测线范围内深度6.5~16.8 m, 电阻率较低, 推测为覆盖层及卵石层; 深度16.8 m以下, 电阻率较高, 推测测线段为砂泥岩互层。

W3— W3'测线总长30 m。图2b显示地表层电阻率较低, 测线范围内深度1~3 m, 推测为卵石覆盖层。从电阻率等值线剖面推测其厚度3 m以下为砂泥岩互层。在3条测线上, 虽未成层状, 但该处数据连续性较好, 结合地质资料分析, 推测该处应无断层发育。图3为根据物探解释成果回执的地层剖面。

图3

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	图3 物探测线成果解释剖面

W2— W2'测线总长460 m。该段测线正在江面上, 图2c中电阻率分界面也较明显, 只是在其间还有一层过渡层。根据测线资料分析, 测线范围内水深在4.5~10.5 m; 往下电阻率较之前有所升高, 推测覆盖层深度约为 6~7.5 m, 其覆盖层主要为卵石层及淤泥; 从图中剖面推测其下伏为基岩, 因为是砂泥岩互层。

通过ZK6和ZK7的验证(表1), 钻孔资料与物探推断成果基本吻合, 表明了物探工作的有效性。

表1

表1

表1 钻孔资料与物探推断成果对比 ZK6 ZK7 钻孔 物探 Erel 钻孔 物探 Erel 水位/m 3.0 3.8 0.8 12.5 12.8 0.3 卵石层 厚度/m 5.7 6.3 0.6 8.7 8.1 0.6 揭露断 层现象 无 无 — 无 无 — 注:Erel为相对误差

表1 钻孔资料与物探推断成果对比

本次勘察应用水上瞬变电磁方法较准确地查明了水下的地质状况, 充分发挥了瞬变电磁法在水域勘测的优势和潜力。利用瞬变电磁法在水域进行勘测, 在勘测前应做一些参数试验, 得出适合场地的工作参数, 还可多试验几种不同的线框大小, 比较其效果。尽管瞬变电磁法在水域勘察中体现出了相应的技术优势, 但在资料成果解释上, 一定要根据当地的地质资料来分析, 以提高勘测的准确性。