我國(guó)瞬變電磁法應(yīng)用綜述

瞬變電磁法(TEM)屬于時(shí)間域電磁法，它利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送電磁脈沖，在一次電磁場(chǎng)的激勵(lì)下，地下導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)渦旋電流。在一次脈沖電磁場(chǎng)的間隙期間，渦流電流產(chǎn)生的二次磁場(chǎng)不會(huì)隨一次場(chǎng)消失而立即消失，即有一個(gè)瞬變過(guò)程，利用線圈或接地電*觀測(cè)二次磁場(chǎng)，研究其與時(shí)間的變化關(guān)系，從而確定地下導(dǎo)體的電性分布結(jié)構(gòu)及空間形態(tài)。隨著儀器、理論方法及數(shù)據(jù)處理手段的進(jìn)步，瞬變電磁法由于其探測(cè)深度大，施工效率高，能夠在某些特殊條件下(水面、巷道等)施工，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。

1、應(yīng)用領(lǐng)域

瞬變電磁法被看作是一種很有前景的物探方法。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用資料的分析，開(kāi)辟其應(yīng)用新領(lǐng)域很有必要。

1.1地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用

利用瞬變電磁法尋找礦產(chǎn)資源由來(lái)已久，瞬變電磁法一直都是尋找金屬礦產(chǎn)的重要手段。張林用小回線瞬變電磁測(cè)深勘查鋁土礦作了試驗(yàn)，張曉永應(yīng)用瞬變電磁法預(yù)測(cè)研究中深部鋁土礦，陳貴生探討瞬變電磁法在金屬礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用效果及存在問(wèn)題，葉敏生等研究用瞬變電磁法勘查內(nèi)蒙古元山子鎳礦，金中國(guó)用瞬變電磁法勘查黔西北貓貓廠鉛鋅礦等。

賀建國(guó)等用瞬變電磁測(cè)深進(jìn)行區(qū)調(diào)評(píng)價(jià)砂巖型鈾礦區(qū)，認(rèn)為通過(guò)瞬變電磁測(cè)深資料的研究，有利于判斷地下水動(dòng)力條件及鈾礦化的成礦有利區(qū)，同時(shí)大范圍的電磁測(cè)深工作有利于區(qū)調(diào)選區(qū)工作的進(jìn)行，可達(dá)到縮小靶區(qū)、提供鉆探設(shè)計(jì)依據(jù)的目的；方根顯等在古河道砂巖型鈾礦探測(cè)一文中通過(guò)電性的橫向變化判斷古河道位置取得了一定的效果；趙希剛等在紅柳園地區(qū)鈾礦勘查一文中查明了找礦目的層的地層結(jié)構(gòu)、埋深、厚度及空間展布特征，解釋了斷裂構(gòu)造。

1.2石油行業(yè)中的應(yīng)用

在石油行業(yè)中，地震勘探是其他物探方法不可以取代的。但在地震勘探難以解決的地方，如在碳酸巖等覆蓋地區(qū)，地震波向下傳播困難，電磁法勘探可能達(dá)到意想不到的效果，然而目前大多停留在理論研究階段。

張勝業(yè)等通過(guò)設(shè)計(jì)水合物的模型，編寫程序來(lái)計(jì)算瞬變響應(yīng)，結(jié)果表明海洋勘探天然氣水合物的方法是可行的。

吳克峰等采用基于張量格林函數(shù)的體積分方程進(jìn)行四維模型瞬變電磁響應(yīng)的正演研究，*先論述了四維瞬變電磁法模擬的可行性及程序?qū)崿F(xiàn)，然后分別設(shè)計(jì)了兩個(gè)三維異常體模型(水藏、油藏)，采用兩種觀測(cè)方式(激發(fā)與接收平行、激發(fā)與接收垂直)進(jìn)行正演模擬計(jì)算，并對(duì)所得的二次總場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

趙峰等在準(zhǔn)噶爾盆地南緣采用瞬變電磁法通過(guò)連續(xù)觀測(cè)，獲得地震勘探區(qū)地表及近地表結(jié)構(gòu)的電性剖面，利用巖性與電性的關(guān)系，建立地表及近地表的地質(zhì)模型。在此基礎(chǔ)上，有目的地部署地震微測(cè)井或小折射控制點(diǎn)以獲取相應(yīng)的深度、速度數(shù)據(jù)，從而建立地表及近地表速度-深度模型 ，可以求取準(zhǔn)確的靜校正量。這種以表層地質(zhì)模型為基礎(chǔ)建立的地球物理速度-深度模型，其靜校正量的求取具有**性。

唐新功等采用基于張量格林函數(shù)的體積分方程對(duì)層狀地層中一個(gè)油藏的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行瞬變電磁響應(yīng)的正演模擬。*先在頻率域內(nèi)計(jì)算電磁分量的頻率域響應(yīng)，然后利用快速數(shù)字濾波技術(shù)將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換到時(shí)間域。模型計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)油藏厚度逐漸變薄時(shí)，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)二次場(chǎng)分量圖形上可以得到清晰的反映，這表明用瞬變電磁法對(duì)油藏進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)是可行的。

黃力軍等以在江蘇油田的應(yīng)用為例，介紹了電性源瞬變電磁法在油氣田上的應(yīng)用效果。

1.3煤礦行業(yè)中的應(yīng)用

瞬變電磁法在煤礦行業(yè)中應(yīng)用相對(duì)較多，較之其他行業(yè)，無(wú)論是理論研究還是實(shí)際應(yīng)用都走在*前面。應(yīng)用于尋找煤礦采空區(qū)、煤礦巷道掘進(jìn)頭的連續(xù)跟蹤超前探測(cè)、探測(cè)煤層水、防治煤層水等?？梢哉f(shuō)瞬變電磁法是保障煤礦安全的一種手段，對(duì)減少煤礦安全事故有積*作用。在這個(gè)方面，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)一直走在前面，并形成了完整的理論體系。

在采空區(qū)探測(cè)的應(yīng)用方面，李金花通過(guò)采用地震和瞬變電磁法(美國(guó)的GDP32-Ⅱ型電法工作站)探測(cè)煤礦采空區(qū)，為煤礦集團(tuán)廠房提供選址依據(jù)；成劍文等采用ATEM-II瞬變電磁儀成功探測(cè)出位于懷仁縣西北部中低山區(qū)的王卞莊的煤礦采空區(qū)；張開(kāi)元等等采用加拿大PROTEM67D瞬變電磁勘探系統(tǒng)探測(cè)山東新汶某煤礦西邊界老窯采空區(qū)和河北某鎮(zhèn)采空區(qū)，都取得了很好的效果。煤田水防治與勘探是瞬變電磁法的重要應(yīng)用方面。例如：山東省七五煤礦的傅佩河，新光集團(tuán)有限公司昭陽(yáng)煤礦的倪良高，皖北煤電集團(tuán)有限公司祁東煤礦地測(cè)科的易德禮，安徽煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)的吳有信，河南省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)的張運(yùn)霞、周韜、周建雄，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的劉樹(shù)才，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的劉金濤，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所的黃力軍等，都抓住了瞬變電磁法對(duì)低阻目標(biāo)體敏感的特征開(kāi)展工作，在煤層水、頂板水防治，煤礦采區(qū)水文勘探方面取得了較好的效果。

在超前探測(cè)方面，即解決構(gòu)造破碎帶、裂隙發(fā)育區(qū)、巖溶、陷落柱等富水區(qū)(體)的水問(wèn)題。郭純等在掘進(jìn)巷道50m以后進(jìn)行一次跟蹤探測(cè)，表明采用該技術(shù)可有效地預(yù)測(cè)煤礦巷道掘進(jìn)頭前方30～50m范圍的富水異常；長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪工程學(xué)院的李貅，河北省煤田地質(zhì)局*二水文地質(zhì)隊(duì)的張紀(jì)勛、范志平，平煤集團(tuán)天安香山礦的麻新堂等也從事了這方面的工作。

王惠亮應(yīng)用瞬變電磁法探測(cè)煤層風(fēng)氧化帶有創(chuàng)新性。由于煤層被風(fēng)氧化后，煤層的含水性、膠結(jié)性等變化很大，總體導(dǎo)電能力下降，煤層變?yōu)楦咦梵w，因此在多測(cè)道電壓剖面曲線圖上，風(fēng)氧化帶相對(duì)于正常煤層表現(xiàn)為低電壓。

1.4工程物探中的應(yīng)用

瞬變電磁法在工程物探的應(yīng)用方面較多，涉及面廣，包括公路、鐵路、水利、碼頭、城市建設(shè)。主要探測(cè)工程地質(zhì)中的不良地質(zhì)體(溶洞、空洞、地裂隙、地下采空區(qū)、斷層、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查)，在隧道建設(shè)中用于探測(cè)頂板水或者對(duì)隧道掘進(jìn)方向進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并根據(jù)瞬變電磁法對(duì)低阻敏感的特性進(jìn)行工程質(zhì)量檢測(cè)。

在解決工程地質(zhì)問(wèn)題方面，西安交通大學(xué)的薛國(guó)強(qiáng)從事瞬變電磁法研究多年，瞬變電磁法探測(cè)公路隧道工程中的不良地質(zhì)構(gòu)造的測(cè)量結(jié)果給公路設(shè)計(jì)提供重要的參考，也為應(yīng)用瞬變電磁法在不良地質(zhì)體及在地形復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察積累了經(jīng)驗(yàn)；在公路地質(zhì)勘察中采用了有效的觀測(cè)裝置，結(jié)合二維地電模型正演計(jì)算結(jié)果，對(duì)資料做出解釋，查明了地下溶洞的賦存狀態(tài)，探測(cè)成果得到了鉆孔資料的驗(yàn)證；對(duì)灰?guī)r溶洞采用大回線源瞬變電磁法在指定場(chǎng)地進(jìn)行了探測(cè)，并采用線性數(shù)字濾波技術(shù)進(jìn)行正演模擬，用改進(jìn)的阻尼*小二乘可行方向法對(duì)資料進(jìn)行反演計(jì)算，查出地下灰?guī)r溶洞的賦存位置。其他學(xué)者也從事了這方面的工作，像郭文波、朱正國(guó)、陳清禮、嵇艷鞠、龔惠民等。

工程物探超前預(yù)測(cè)的基本原理與煤礦相同，王亞瓊、李貅等做了實(shí)際工作，也取得了良好的應(yīng)用效果。

工程質(zhì)量檢測(cè)是一個(gè)比較新的應(yīng)用領(lǐng)域，黃桂柏通過(guò)試驗(yàn)表明在沒(méi)有雜散電流干擾的較理想情況下，瞬變電磁法對(duì)埋地鋼質(zhì)管道腐蝕檢測(cè)結(jié)果與管體腐蝕的實(shí)際情況基本一致，對(duì)科學(xué)地指導(dǎo)油田埋地管道大修具有重要意義。高永才對(duì)瞬變電磁法金屬管道腐蝕檢測(cè)模型進(jìn)行了理論分析，董延朋采用瞬變電磁法對(duì)地下隱蔽工程質(zhì)量檢測(cè)取得了良好的效果，徐善杰利用瞬變電磁法檢測(cè)樁基礎(chǔ)鋼筋籠長(zhǎng)度等開(kāi)辟了應(yīng)用新領(lǐng)域。

2、結(jié)論

對(duì)大量有關(guān)文獻(xiàn)的調(diào)研、整理和歸類表明，瞬變電磁法的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。它因輕便和相對(duì)直流電法能夠穿透高阻屏蔽層等優(yōu)點(diǎn)而被大力推廣。

如今，隨著**能源的緊張與我國(guó)發(fā)展核電事業(yè)的需要，如何利用瞬變電磁法勘探鈾礦值得研究，就目前現(xiàn)有的資料看，尋找與鈾礦密切相關(guān)的構(gòu)造和電性層是關(guān)鍵。