我國瞬變電磁法應用綜述

瞬變電磁法(TEM)屬于時(shí)間域電磁法，它利用不接地回線(xiàn)或接地線(xiàn)源向地下發(fā)送電磁脈沖，在一次電磁場(chǎng)的激勵下，地下導體內部產(chǎn)生感應渦旋電流。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(xiàn)圈或接地電極觀(guān)測二次磁場(chǎng)，研究其與時(shí)間的變化關(guān)系，從而確定地下導體的電性分布結構及空間形態(tài)。隨著(zhù)儀器、理論方法及數據處理手段的進(jìn)步，瞬變電磁法由于其探測深度大，施工效率高，能夠在某些特殊條件下(水面、巷道等)施工，應用范圍越來(lái)越廣。

1、應用領(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)對現有應用資料的分析，開(kāi)辟其應用新領(lǐng)域很有必要。

1.1地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)的應用

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(xiàn)瞬變電磁測深勘查鋁土礦作了試驗，張曉永應用瞬變電磁法預測研究中深部鋁土礦，陳貴生探討瞬變電磁法在金屬礦產(chǎn)勘查中的應用效果及存在問(wèn)題，葉敏生等研究用瞬變電磁法勘查內蒙古元山子鎳礦，金中國用瞬變電磁法勘查黔西北貓貓廠(chǎng)鉛鋅礦等。

賀建國等用瞬變電磁測深進(jìn)行區調評價(jià)砂巖型鈾礦區，認為通過(guò)瞬變電磁測深資料的研究，有利于判斷地下水動(dòng)力條件及鈾礦化的成礦有利區，同時(shí)大范圍的電磁測深工作有利于區調選區工作的進(jìn)行，可達到縮小靶區、提供鉆探設計依據的目的；方根顯等在古河道砂巖型鈾礦探測一文中通過(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鈾礦勘查一文中查明了找礦目的層的地層結構、埋深、厚度及空間展布特征，解釋了斷裂構造。

1.2石油行業(yè)中的應用

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，地震波向下傳播困難，電磁法勘探可能達到意想不到的效果，然而目前大多停留在理論研究階段。

張勝業(yè)等通過(guò)設計水合物的模型，編寫(xiě)程序來(lái)計算瞬變響應，結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的體積分方程進(jìn)行四維模型瞬變電磁響應的正演研究，首先論述了四維瞬變電磁法模擬的可行性及程序實(shí)現，然后分別設計了兩個(gè)三維異常體模型(水藏、油藏)，采用兩種觀(guān)測方式(激發(fā)與接收平行、激發(fā)與接收垂直)進(jìn)行正演模擬計算，并對所得的二次總場(chǎng)的數據進(jìn)行了分析。

趙峰等在準噶爾盆地南緣采用瞬變電磁法通過(guò)連續觀(guān)測，獲得地震勘探區地表及近地表結構的電性剖面，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。在此基礎上，有目的地部署地震微測井或小折射控制點(diǎn)以獲取相應的深度、速度數據，從而建立地表及近地表速度-深度模型 ，可以求取準確的靜校正量。這種以表層地質(zhì)模型為基礎建立的地球物理速度-深度模型，其靜校正量的求取具有唯一性。

唐新功等采用基于張量格林函數的體積分方程對層狀地層中一個(gè)油藏的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行瞬變電磁響應的正演模擬。首先在頻率域內計算電磁分量的頻率域響應，然后利用快速數字濾波技術(shù)將計算結果轉換到時(shí)間域。模型計算結果表明，當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油藏進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測是可行的。

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

1.3煤礦行業(yè)中的應用

瞬變電磁法在煤礦行業(yè)中應用相對較多，較之其他行業(yè)，無(wú)論是理論研究還是實(shí)際應用都走在最前面。應用于尋找煤礦采空區、煤礦巷道掘進(jìn)頭的連續跟蹤超前探測、探測煤層水、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，對減少煤礦安全事故有積極作用。在這個(gè)方面，中國礦業(yè)大學(xué)一直走在前面，并形成了完整的理論體系。

在采空區探測的應用方面，李金花通過(guò)采用地震和瞬變電磁法(美國的GDP32-Ⅱ型電法工作站)探測煤礦采空區，為煤礦集團廠(chǎng)房提供選址依據；成劍文等采用ATEM-II瞬變電磁儀成功探測出位于懷仁縣西北部中低山區的王卞莊的煤礦采空區；張開(kāi)元等等采用加拿大PROTEM67D瞬變電磁勘探系統探測山東新汶某煤礦西邊界老窯采空區和河北某鎮采空區，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用方面。例如：山東省七五煤礦的傅佩河，新光集團有限公司昭陽(yáng)煤礦的倪良高，皖北煤電集團有限公司祁東煤礦地測科的易德禮，安徽煤田地質(zhì)局物探測量隊的吳有信，河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊的張運霞、周韜、周建雄，中國礦業(yè)大學(xué)的劉樹(shù)才，中國地質(zhì)大學(xué)的劉金濤，中國地質(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低阻目標體敏感的特征開(kāi)展工作，在煤層水、頂板水防治，煤礦采區水文勘探方面取得了較好的效果。

在超前探測方面，即解決構造破碎帶、裂隙發(fā)育區、巖溶、陷落柱等富水區(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，表明采用該技術(shù)可有效地預測煤礦巷道掘進(jìn)頭前方30～50m范圍的富水異常；長(cháng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪工程學(xué)院的李貅，河北省煤田地質(zhì)局第二水文地質(zhì)隊的張紀勛、范志平，平煤集團天安香山礦的麻新堂等也從事了這方面的工作。

王惠亮應用瞬變電磁法探測煤層風(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、膠結性等變化很大，總體導電能力下降，煤層變?yōu)楦咦梵w，因此在多測道電壓剖面曲線(xiàn)圖上，風(fēng)氧化帶相對于正常煤層表現為低電壓。

1.4工程物探中的應用

瞬變電磁法在工程物探的應用方面較多，涉及面廣，包括公路、鐵路、水利、碼頭、城市建設。主要探測工程地質(zhì)中的不良地質(zhì)體(溶洞、空洞、地裂隙、地下采空區、斷層、地質(zhì)災害調查)，在隧道建設中用于探測頂板水或者對隧道掘進(jìn)方向進(jìn)行超前地質(zhì)預報，并根據瞬變電磁法對低阻敏感的特性進(jìn)行工程質(zhì)量檢測。

在解決工程地質(zhì)問(wèn)題方面，西安交通大學(xué)的薛國強從事瞬變電磁法研究多年，瞬變電磁法探測公路隧道工程中的不良地質(zhì)構造的測量結果給公路設計提供重要的參考，也為應用瞬變電磁法在不良地質(zhì)體及在地形復雜地區進(jìn)行工程地質(zhì)勘察積累了經(jīng)驗；在公路地質(zhì)勘察中采用了有效的觀(guān)測裝置，結合二維地電模型正演計算結果，對資料做出解釋?zhuān)槊髁说叵氯芏吹馁x存狀態(tài)，探測成果得到了鉆孔資料的驗證；對灰巖溶洞采用大回線(xiàn)源瞬變電磁法在指定場(chǎng)地進(jìn)行了探測，并采用線(xiàn)性數字濾波技術(shù)進(jìn)行正演模擬，用改進(jìn)的阻尼最小二乘可行方向法對資料進(jìn)行反演計算，查出地下灰巖溶洞的賦存位置。其他學(xué)者也從事了這方面的工作，像郭文波、朱正國、陳清禮、嵇艷鞠、龔惠民等。

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

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

2、結論

對大量有關(guān)文獻的調研、整理和歸類(lèi)表明，瞬變電磁法的應用范圍越來(lái)越廣。它因輕便和相對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(zhù)全球能源的緊張與我國發(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，就目前現有的資料看，尋找與鈾礦密切相關(guān)的構造和電性層是關(guān)鍵。