瞬變電磁在廣州地鐵12號線區(qū)間的應(yīng)用

瞬變電磁在廣州地鐵12號線區(qū)間的應(yīng)用

1地質(zhì)超前預(yù)報隨著城市地鐵的建設(shè)，地鐵施工通常會發(fā)現(xiàn)沉降、破裂帶和洞穴等不良地質(zhì)，尤其是嚴(yán)重的安全事件，如事故、水土流失、地表坍塌等。施工風(fēng)險高，嚴(yán)重影響施工安全。因此,地質(zhì)超前預(yù)報顯得尤為重要,探測溶洞常用的方法有地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法、瞬變電磁法。瞬變電磁法較其它方法有如下特點(diǎn):以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)(經(jīng)濟(jì)、無損、快速、精度高、信息豐富等)廣泛應(yīng)用于資源勘探與工程勘察中。2瞬變電磁法探測非織造材料電阻率的原理瞬變電磁法,在需要探測的位置上,將儀器接通好,利用設(shè)備在發(fā)送回線上提供一電流脈沖,隨著發(fā)射回路中的穩(wěn)定電流突然切斷產(chǎn)生的效應(yīng)情況再根據(jù)電磁感應(yīng)理論判斷,由于發(fā)射回路中的電流突然間的變化,勢必在其周圍產(chǎn)生一定的磁場,該磁場為一次脈沖磁場;在一次脈沖磁場間歇期間利用接收設(shè)備觀測地層下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場的情況,來探測介質(zhì)電阻率的一種方法。其基本工作方法是:在計(jì)劃探測的范圍內(nèi),利用設(shè)備發(fā)射一定的電流,布置電流走向?yàn)橐欢ǖ木€圈,從而在其范圍內(nèi)產(chǎn)生一次性電磁場,同時在地層下導(dǎo)電介質(zhì)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流切斷后,其感應(yīng)電流會因?yàn)闊釗p耗而隨著時間不斷的衰減。瞬變電磁法的勘探原理是利用設(shè)備,人為控制在布置好的發(fā)射線圈上加以脈沖電流,使其產(chǎn)生一個瞬變的電磁場,此磁場垂直發(fā)射線圈是向兩個方向傳播,也就是在地面布設(shè)發(fā)射線圈,根據(jù)半空間傳播的原理,把地面以上的介質(zhì)忽略。當(dāng)產(chǎn)生的磁場沿地表面向地層深部傳播時,遇到不同介質(zhì)時,它產(chǎn)生渦流場或著遵照量子力學(xué)原理活動,使活潑的介質(zhì),如堿金屬產(chǎn)生能級躍遷或使含有大量氫原子的液體的氫原子核會沿磁場方向產(chǎn)生定向的排列。其工作原理見圖1。3瞬變電磁法地質(zhì)特征、地質(zhì)意義根據(jù)瞬變電磁法對低阻體介質(zhì)反應(yīng)敏感的特點(diǎn),將其用于地下空間工程水文勘查也是近幾年的事情。瞬變電磁法是一種較方便,極具發(fā)展前景的探測方法,可查明地下空間含水地質(zhì)如無法直接探明的巖溶洞穴的通道、遺留的煤礦采空區(qū)、地下深部不規(guī)則水體等。瞬變電磁法而且具有以下特點(diǎn):(1)對溶洞等不良地質(zhì)體反映靈敏,不論目標(biāo)體產(chǎn)狀如何,均能收到有用信號,并對目標(biāo)體進(jìn)行成像。(2)適宜于各種地理環(huán)境下工作,減小了地形影響,穿透高阻層能力強(qiáng);(3)隨機(jī)干擾影響小,受體積效應(yīng)影響小,縱橫分辨率高,且測地工作簡單,工效高,施工便捷;(4)在增加探測的深度和在高阻介質(zhì)地區(qū)尋找低阻地質(zhì)體是較便捷、靈敏的方法,具有自動消減,甚至消除主要的噪聲源,且不受地形影響,同點(diǎn)組合觀測,能與探測目標(biāo)形成最佳耦合,異常響應(yīng)比較強(qiáng),形態(tài)較為簡單,分辨能力非常強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。4數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)解釋4.1數(shù)據(jù)處理流程數(shù)據(jù)處理之前要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比選、驗(yàn)證,刪除不可靠數(shù)據(jù),檢驗(yàn)其有效性,同時統(tǒng)計(jì)誤差,之后進(jìn)行濾波處理,挑選信號強(qiáng)的數(shù)據(jù),過濾掉微弱訊號,應(yīng)排除晚期道的干擾假象.對雙峰異常要多加關(guān)注,將信號強(qiáng)的圖像統(tǒng)計(jì)到一起,這些圖件即為資料解釋的基礎(chǔ)資料。本次TEM采集的數(shù)據(jù)在反演之前,首先用專業(yè)預(yù)處理軟件逐點(diǎn)進(jìn)行整理及預(yù)處理,檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量,剔除不合格數(shù)據(jù),并對其進(jìn)行編錄,整理成商業(yè)專用數(shù)據(jù)處理與反演軟件STEMIV3.2所需要的順序和格式(*.Avg和*.raw);其次,對曲線進(jìn)行光滑,以濾除或壓制干擾噪聲,繪制多測道電壓剖面圖;再次,利用反演軟件STEMIV3.2反演得到反演電阻率和視高程等參數(shù),根據(jù)有關(guān)測量、地質(zhì)和鉆探等資料對反演電阻率斷面進(jìn)行深度或地形校正;最后,繪制出視電阻率斷面圖、順層視電阻率切片圖及其它相關(guān)圖件。具體處理流程見圖2。在時深轉(zhuǎn)換過程中,所利用的視電阻率及視深度參數(shù)的計(jì)算公式為:式中,t為時窗時間,m為發(fā)射磁矩,q為接收線圈的有效面積,V(t)是感應(yīng)電動勢。視深度h式中,V(t)/I是歸一化感應(yīng)電動勢,A為發(fā)射回線面積。需要指出的是,以上公式是建立在理想模型基礎(chǔ)上。實(shí)際工作中由于受當(dāng)今TEM反演技術(shù)所限,反演的視電阻率斷面等值線與本區(qū)地表起伏有一定的相關(guān)性,如在地勢高的地段,視電阻率等值線亦隨著地表抬升相對上凸;而在溝谷地段,其地勢較低,視電阻率等值線一般則表現(xiàn)為下凹趨勢。針對這個問題,我們在數(shù)據(jù)處理中根據(jù)本區(qū)已知鉆孔和三維地震成果反映的目標(biāo)層位對視電阻率斷面進(jìn)行了深度和地形校正,使視電阻率斷面上反映的目標(biāo)層位整體上基本與鉆孔、地震成果一致,局部地形影響雖然仍部分存在,但是不會對TEM解釋成果造成影響。4.2率斷面圖、順層視電阻率切片圖瞬變電磁資料的處理和解釋是在資料處理后的視電阻率斷面圖、順層視電阻率切片圖的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。為提高解釋的準(zhǔn)確性,在初步解釋之后調(diào)整處理過程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)處理,直到滿足解釋要求。5應(yīng)用列表5.1反應(yīng)總電阻率據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)及其它類似工作區(qū)資料處理解釋情況可知:地下巖溶裂隙區(qū)電阻率值呈低值反映,灰?guī)r電阻率呈高值反映?；?guī)r溶洞若充水則電阻率值稍低一些,若灰?guī)r溶洞不充水則電阻率值呈高阻反映。所以,通過地層間電性的差異可以有效的推斷工作區(qū)內(nèi)一定深度內(nèi)地質(zhì)界線、斷裂構(gòu)造,富水層位和邊界區(qū)域,繪制充水破碎帶、溶洞等不良地質(zhì)體的平面分布區(qū)域。5.2率瞬變電磁儀結(jié)合探測工區(qū)的實(shí)際情況,采用小回線瞬變電磁法進(jìn)行工作。使用的儀器為中國地質(zhì)大學(xué)的大功率瞬變電磁儀,是一種便攜式寬時窗范圍智能化的通用型儀器。本次工作采用儀器性能指標(biāo)為:發(fā)射波形為雙極性雙波;發(fā)射機(jī)最大輸出電流為100A;分辨率為≤600nV;最大發(fā)射電壓為48V;儀器存貯量為30000個觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)。發(fā)射線圈1m×1m線圈,疊加次數(shù)為30次。5.3異常的判據(jù)及斷軸根據(jù)各測線數(shù)據(jù)反演的視電阻率結(jié)果,對低阻異常區(qū)進(jìn)行可能的地質(zhì)推斷。例如:圖3為測線剖面圖,橫坐標(biāo)為測線的坐標(biāo)點(diǎn)相對位置,整體都是從下到上布置,縱坐標(biāo)為探測深度,圖3上的十字交差點(diǎn)為瞬變電磁儀器的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)分布情況,右側(cè)為色標(biāo)卡,低阻異常的判斷區(qū)域主要為藍(lán)色和淡藍(lán)色區(qū)域。本次異常的推斷主要依據(jù)是根據(jù)剖面圖,集結(jié)合實(shí)際地面的金屬干擾和樁基的影響,做初步排除,然后根據(jù)測線之間異常點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性,對最終推斷的巖溶區(qū)做出推斷。根據(jù)剖面成果結(jié)合平面地質(zhì)資料綜合分析后,將異常劃分圈定如下:(1)紫色圓形點(diǎn)號是實(shí)際探測點(diǎn),實(shí)心紫色圓點(diǎn)是根據(jù)探測剖面圖推斷出來的可能有低阻異常區(qū)域的位置。(2)紅色圈定區(qū)域推斷可能是巖溶和充水破碎帶區(qū)域。按照以上圖示解釋原則并結(jié)合視電阻率擬斷面圖,以及實(shí)際地質(zhì)情況,推斷探測區(qū)內(nèi)底部有巖溶發(fā)育區(qū)的異常區(qū)域主要有14處,下半部區(qū)域左上角底部10～15m處的充水破碎帶區(qū)域。經(jīng)實(shí)際鉆孔驗(yàn)證,在此范圍發(fā)現(xiàn)了充水裂隙3處、溶洞10處,準(zhǔn)確率達(dá)到約90%以上。6巖脈工質(zhì)樣品處理