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1、水上瞬变电磁勘探在西气东输工程中应用研究摘要:在河道等水域工程地质勘察工作中,用常规物探方法难以划分地层结构,确定断裂构造的位置和基岩面的起伏形态。以西气东输涪江段水上管线穿越为例,介绍了瞬变电磁勘探在水上勘探中的应用。实践证明:瞬变电磁勘探在勘探基岩及划分岩层方面效果较好。 关键词:瞬变电磁法;西气东输;工程勘察 :P631:A :16721098(2010)03000904 基金项目:中国石油天然气集团公司资助项目(XN10D/)法,是以地壳中岩、矿石的导电性、导磁性和介电性为主
2、要物性基础,根据电磁感应原理,通过观测和研究电磁场的空间与时间分布规律,来寻找地下有用矿产资源和解决地质、环境工程等问题的一组电法勘探方法。 根据发射场性质的不同,阶跃瞬变电磁法属于时间域电磁法,它是利用接地导线或不接地回线通以脉冲电流作为场源,向地下发送一次脉冲磁场,以激励探测目的物感生二次电流,在一次脉冲磁场间隙期间,利用线圈或者接地电极观测二次场随时间变化的响应[8]。 图1是均匀半空间条件下的瞬变响应曲线,整个瞬变过程可分为三个阶段,早期(响应电压不随时间变化)、中间过渡期(响应形态随时间变化)和晚
3、期(双对数坐标中是一条直线)。整个瞬变响应过程是一个随时间和地下电导率变化的复杂函数[9-10]。 在晚期段,垂向上的瞬变电磁感应电压可以表示为 V2(t)=μ5/220π3/2·σ3/2MSrt5/2(1) 式中:t为电流关掉后的延迟时间,ms;σ为电导率,s/m;μ为磁导率,4π×10-7H/m;M为发射磁距,对于正方形回线M=l×L2;L为正方形发射线圈边长,m;I为发射电流,A;Vz(t)为观测到的垂向上的瞬变电磁感应电压,mV;S
4、r为接收线圈有效面积,m2。 从(1)式可以看出,瞬变电磁观测的感应电压与σ3/2成正比,而直流电法观测的电位差是与电阻率成正比。所以,本质上瞬变电磁法比直流电法对电阻率(电导率)的变化更敏感,对有电性差异的目标体有更高的分辨能力。 2研究区典型地层及其电性特征 本次工区位于四川盆地中部偏北,地势北高南低,属川中丘陵地区,海拔高度307~672m。工区大地构造位置属于扬子准地台之四川中台拗、川中台拱新华夏系第三沉降带四川盆地川中褶皱带旋扭构造。境内地质构造简单,全部由褶皱构造组成,无地质断层
5、。区域出露地层依次为第四系上更新统冰水堆积层(Q3fgl-al),成分为冰水堆积的泥质砂砾卵石,总厚度约为30m;第四系中更新统冰水—流水堆积层(Q2fgl-al),分布于上更新统冰水堆积层之下,埋深30.0～60.0m,总厚度约为30.0m。 在进行瞬变电磁法勘探之前,本区已进行了工程地质钻探,已知工区内各类岩石组成及其电阻率分别为:泥岩10~100Ω·m、泥灰岩1~100Ω·m、砂岩10~1000Ω·m、灰岩600~6000Ω·m。由此可知,地层电性差异较大,为利用瞬变电磁测深法进行工程勘察提供了必
6、要条件[11-12]。 3具体施工方法及数据处理解释 3.1现场探测试验 本次施工采用重庆地质仪器厂生产的ATEM-3型瞬变电磁勘探仪[13]。为了选择最佳的工作装置以达到瞬变电磁法在水上工程地质勘探中的应用效果,在作业区内进行了长时间的野外装置对比试验。由以往的经验知道,电偶极装置、分离回线装置、中心回线装置在此均不宜采用;重叠回线装置异常响应曲线好,且有20m×20m~2m×2m多种面积大小的线框组成,可以用于此次工作。 选定重叠回线装置后,仪器用长电缆线与线框连接,线框四边用浮球固定悬浮在水面
7、上,并用长绳拉住四角做水平移动,点距5m。分别进行了对叠加次数、单匝线框面积等工作参数的选择对比试验。 图2~图3为分别采用20m×20m、10m×10m单匝重叠线框,256、512、1024叠加次数的等视电阻率剖面。从整体来看,两图中三剖面反映的地质效果均较好,在已知点有较明显的反映。256和512的叠加次数线框其横向分辨力比1024次叠加效果好,但其纵向分别力明显有误;1024次叠加后所得电阻率剖面分层效果最好,与实际地质剖面层位对应较好,能较清楚地反映出泥岩、泥灰岩、灰岩、砂岩所在层位,电性参数也与以往测
8、试资料基本一致。此外,线框面积越大,分层效果更明显。所以在进行实际数据采集时选用20m×20m单匝重叠线框时应该采用1024的叠加次数。 3.2探测应用分析 通过上述试验工作,基本确定了一套与本地区地质情况相匹配的施工技术参数,并证明参数较为合理,且通过已知钻孔资料的验证解释,可以达到本次勘探的目的。参数选择为:收发线框:20m×20m单匝;供电电流:
