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瞬变电磁法实例

作者:365手机版客户端 发布时间:2020-11-14 07:56 点击数:

  瞬变电磁法实例_物理_自然科学_专业资料。一、勘查地下水 ? 瞬变电磁法 (TEM)是近年来国内外发展较快、 地质效果较好的一种电探方法 . 它除了具有穿透高阻能力强及人工源随机干扰影 响小的优点外 ,还具有施工方便、测地工作简 单、工作效率

  一、勘查地下水 ? 瞬变电磁法 (TEM)是近年来国内外发展较快、 地质效果较好的一种电探方法 . 它除了具有穿透高阻能力强及人工源随机干扰影 响小的优点外 ,还具有施工方便、测地工作简 单、工作效率高及地质效果好等一系列优点 . 该方法主要应用于金属矿勘查、构造填图、油 气田、煤田、地下水、地热以及冻土带和海洋 地质等方面的研究 ,在国内外已取得了令人瞩 目的效果 . ? 1 理论基础 ? 1 . 1 基本原理 ? 瞬变电磁法属时间域电磁感应方法 ,其数学物 理基础是导电介质在阶跃变化的激励磁场激发 下引起涡流场的问题 .它的测量原理是利用不 接地回线向地下发送一定波形的一次脉冲磁场 , 在该一次磁场的激励下 ,地下导电体中将产生 涡流 ,随之产生一个衰变的感应电磁场 (二次 场 )向上传播 ,在地表用线圈接收到二次场随时 间变化的特征 ,将反映地下导电体的电性分布 情况 ,据此判断地下不均匀体的赋存位置、形 态和电性特征 . ? 1 . 2 瞬变电磁响应 ? 敷设在均匀大地上的发送回线中的电流 产生磁力线 ,当该回线中电流突然切断的 瞬间 ,在地下导电半空间中产生感应涡流 场 ,开始瞬间的电流集中于地表 ,随后向 下及向外扩散 . ? 等效电流[1 ]: ? 计算均匀半空间的瞬变电磁响应时 ,可把 等效电流环看成一系列的二次发送线圈 , 由于它在某时刻的半径、深度及电流可 根据上述各式计算出 ,所以可以很容易地 得出在某时刻沿地面测线的响应值以及 在某个测点响应值随时间变化的规律 . 2 模拟计算 2 . 1 物理模拟 ? 物理模拟是根据相似性原理用物理方法 观测出一定条件下瞬变场的分布特征 . ? 在地下水勘查工作中 ,最常见的问题是对 层状和断层类含水层以及溶洞类含水层 的探测 . ? 在室内模拟实验中 ,可将前两类含水层概 化为板状导电体类型 ,将溶洞类含水层概 化为球体状或柱体状导电体类型来看待 . ? a .水平圆柱体及球体上的异常特征 . ? 导电水平圆柱体上不同测道的剖面曲线 异常为对称于柱顶的单峰 ,异常随测道衰 减的速度取决于其时间常数 . ? 在球体上方也出现类似于圆柱体的对称 于球顶的单峰异常 ,在半径相同的情况下 , 球体的异常随时间常数衰减的速度要比 水平圆柱体快得多 ,异常的范围也比较小 . 在直立柱体上 ,也具有与此类似的规律 . ? b .薄板状导体上的异常特征 . ? 薄板状导体上的异常形态及幅度与导体的 倾角α有关 ,当α =90°时 ,异常形态为对称 于导体顶部的双峰 ,在顶部出现接近于背景 值的极小值 ,不同测道的曲线除了异常幅度 及范围有所差别外 ,都具有相同的形态特 征. ? 当0°α 90°时 ,随着α的减少 ,回线与导 体间耦合增强 ,异常响应幅度也随之增加 , 但双峰不对称 ,在导体倾向一侧的峰值大于 另一侧 ,两侧峰值之比主要受α的影响 . ? c.导电覆盖层对异常的影响 . ? 有限导体在晚期按指数规律衰减 ,在时间 常数较大时 ,其衰减速度可能比导电覆盖 层上响应的衰减速度要慢 ,因此 ,在早期 由于发、收回线与覆盖层之间的耦合比 与导体的耦合要强 ,所观测到的信号主要 反映的是覆盖层的响应 ,在晚期主要反映 的是导体 . ? 2 . 2 正演计算 ? 针对工作中经常遇到的有关地下水方面的 问题 ,总结和概括出了几种典型的地下水勘 查类型 ,并分别对其进行了正演模拟计算 . a.松散层中的地下水问题 . 在第四系松散地层中 ,古河道和砂砾石透镜 体是较好的含水层 ,它们呈高阻反映 ,由正 演计算可知 ,瞬变电磁法对高阻层的探测能 力较低 ,因此 ,在实际工作中遇到此类地下 水问题时一般不用瞬变电磁法进行勘查 . ? b .基岩地区层状含水层中的地下水问题 . ? 某些赋水性较好的岩层 ,其含水层厚度往 往很大 ,在这种情况下 ,利用瞬变电磁法 可以解决下面几个问题 : ? 确定含水层埋深 ; ? 确定含水层的厚度 ; ? 根据测量电阻率估算含水层水质变化情 况. ? c.海 (咸 )水入侵区的地下水问题 : ? 在潜水含水层地区 ,利用瞬变电磁法可以 确定出咸水层的埋深和厚度 . ? 在承压含水层受海 (咸 )水入侵影响的地 区 ,由于咸水含水层的测深曲线类型和淡 水含水层存在明显差别 ,因此 ,利用瞬变 电磁法可很容易地将其区分开来 . ? 3 资料解释 ? 瞬变电磁法的资料解释工作 ,主要是根据 瞬变电磁响应的时间特性和剖面曲线特 征以及测区的地质、地球物理特征 ,通过 分析研究划分出背景场及异常场 ,并从各 类异常中确定与导电体有关的异常 . ? TEM法的数据处理主要分为两部分 :瞬 变电磁剖面法数据处理与瞬变电磁测深 法数据处理 ,以框图来表示上述两种数据 处理流程 ,如图 1所示 . ? 影响瞬变电磁法资料解释精度的因素很 多 ,电磁噪声干扰是其中很重要的一个方 面. ? 在野外地下水勘查过程中 ,利用SD 1型 瞬变电磁仪器对山东省各地的电磁噪声 电平进行了测量 ,频率 2 5Hz,叠加次数 2 56次 ,具体数据见表 1 ; ? 在资料解释时的滤波处理阶段 ,应将其消 除. ? 4 应用实例分析 ? 4 . 1 临朐县某村水井勘探 ? 山东省临朐县某村地处石灰岩山区 ,由于 长期缺水 ,严重制约了当地的经济发展 . 该村以前曾经打深井两眼 ,均为干孔 . ? 该处第四系覆盖层厚约 5m ,下伏地层为 中寒武统的灰岩、页岩互层 ,区域地下水 位1 0m左右 . ? 应用瞬变电磁法进行剖面法测量 ,测量采 用 50m×50m重叠回线 56次 . 图 2为该剖面多测道V(t) /I异常剖面 曲线图 ,由该图可以看出 ,4号测点存在明 显导电体异常 ,同时对该点进行了反演拟 合计算 . 通过分析认为该处适合打深井 ,决定打井 一眼 ,解决了该村的生产生活用水问题 . ? 实际打井结果 : ? 1 6 0m以上为张夏组灰岩、页岩互层 ,1 2 8~1 55m裂隙发育 ,为主要含水层 ; ? 1 6 0m以下是徐庄组页岩、灰岩及砂岩 , 岩石完整 ,裂隙不发育 ,钻至 2 40m终孔 . 该井为一自流井 ,自流量为2 0~ 3 0m3 / h,经抽水试验 ,当降深 1 0m时 ,水量大于 80m3 /h,与实测分析结果吻合较好 . 4 . 2 广饶县咸水入侵监测 ? 山东省广饶县位于泰沂山北麓山前冲积 平原. ? 自 2 0世纪 70年代以来 ,连年干旱、地表 水补给量减少 ,同时 ,由于过量开采地下 水 ,造成了地下水位大幅度下降 ,引发咸 水入侵 ,且速度呈明显加快的趋势 . ? 利用瞬变电磁法对广饶县的咸水入侵问 题进行现场探测. ? 采用 1 0 0m× 1 0 0m重叠回线次 ,Ⅰ 剖面共测量 2 3个点 . ? 图 3为测点 1 2的正演拟合求参数结果 ,其 余各点也进行了同样解释 ,圈定出了咸水 区及入侵区的范围 . ? 咸水区的电阻率值很小 ,入侵区也小于2 0Ω·m ,同时取水样化验分析 ,结果表明C l-浓度大于 50 0mg/L .因此 ,在此类地 区可以把 2 0Ω·m作为监测该地区海水入 侵的一个指标 .与电阻率法相比 ,瞬变电 磁法具有速度快、精度高的优点 . 4 . 3 东阿隐伏岩溶水水源地勘探 ? 山东省聊城市为地区行署驻地 ,原以城郊第 四系孔隙水为主的供水水源地已不能满足 城市生产生活的需要 ,需开发位于东阿县境 内的隐伏岩溶水水源地以解决城市供水问 题. ? 东阿县隐伏岩溶水水源地位于该县牛角店 镇下马头至周家门前地区 ,南临黄河 ,第四 系覆盖层厚度大于 50m ,下伏中奥陶统灰 岩、下奥陶统白云质灰岩及上、中、下寒 武统灰岩及页岩 . ? 测量采用 1 0 0m×1 0 0m重叠回线 0m . ? 共测量两条剖面 ,Ⅰ剖面沿黄河北岸由西 南至东北方向进行 ,全长约 1 1km ,在Ⅰ 剖面异常较明显段 70~ 1 0 0号点之间以 北约 70 0m处进行了Ⅱ剖面的测量 ,该剖 面全长 3km . ? 在瞬变电磁法圈定的构造带及其影响范 围内 ,共布井 1 0眼 ,除 2眼布置在构造影 响带边缘出水量小于 1 0 0m3 /h外 ,其余 井出水量均大于 2 0 0m3 /h . ? 由此可见 ,在东阿隐伏岩溶水水源地的水 文地质勘探过程中 ,利用瞬变电磁法准确 地圈定出了赋水构造带的位置及水源地 的富水区域 ,为建井开采提供了科学依据 . 5结语 ? 针对实际工作中经常遇到的有关地下水方面的 问题 ,总结和概括出几种常见的典型地下水勘 查类型 ,并分别对其进行了正演模拟计算 ,为野 外实际地下水勘查工作提供了有益的参考 . ? 提出瞬变电磁法用于地下水勘查的数据处理和 资料解释分析方法 ,并研制出了一套计算机程 序 ,具有较高的实用价值 . ? 通过室内模拟实验、正演计算及几年来 在地下水勘查方面的实践可以看出 ,瞬变 电磁法对导电层的分辨能力优于对高阻 层的分辨能力 . ? 基岩地区含水层及污染后的地下水均呈 低阻反映 ,因此 ,与其他电探方法相比 ,利 用瞬变电磁法进行地下水勘查具有明显 的优势 .


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