CN103336315A

CN103336315A - 采用瞬变电磁法和地震映像法对淘金洞进行探测的方法

Info

Publication number: CN103336315A
Application number: CN201310225728XA
Authority: CN
Inventors: 杜爱明; 田连义; 唐力; 王国滢; 肖长安; 李维耿; 陆超
Original assignee: Hydrochina Kunming Engineering Corp
Current assignee: Hydrochina Kunming Engineering Corp
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明是一种采用瞬变电磁法和地震映像法对淘金洞进行探测的方法。通过地震映像法和对地震波讯号进行处理，根据反射波同相轴的变化情况定性推断地质异常情况，根据反射界面上的介质速度计算深度；通过瞬变电磁法接收被测体的反射信号，根据所测的电阻率的变化情况，判定被测体的电阻异常，通过地震映像法和瞬变电磁法的综合测试，推断被测体存在的高阻异常，根据这些高阻异常情况推断为地下空洞。本发明利用已经淘金洞进行反复试验工作，验证方法有效性后，对某电站左岸淘金洞进行普查，取得了较好的效果，并取得较好的经济效益。

Description

采用瞬变电磁法和地震映像法对淘金洞进行探测的方法

技术领域

本发明涉及一种采用瞬变电磁法和地震映像法对淘金洞进行探测的综合物探方法，是一种高阻中找高阻异常的一种综合物探方法。

背景技术

云南金沙江中游流域常年水位线以上分布有许多淘金洞，洞径1.5m左右。由于历史久远，大部分洞口均被掩埋，淘金洞的延伸方向及分布范围都无法得知。近年，金沙江正在修建许多大型工程，而淘金洞的存在对于工程基础而言是一个安全隐患，因而，查明工程基础内淘金洞的分布情况有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为查明某水电工程基础左岸堆积体中的淘金洞分布情况，提供一种采用瞬变电磁法和地震映像法对淘金洞进行探测的综合物探方法。

本发明以工程基础已出露的一个淘金洞为实验对象，采用瞬变电磁法和地震映像法，对已知淘金洞进行了反复的试验工作。验证了方法的有效性后，再对左岸堆积台地淘金洞的分布情况进行普查。

地震映像法，是基于反射波的最佳偏移距技术发展起来的，这种方法可以利用多种地震波作为有效波来进行勘测，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的地震波作为有效波。

地震映像法的主要特点：数据采集速度较快，但抗干扰能力弱，勘探深度有限；地震映像法在资料解释中可以利用多种地震波的信息；在探测目的较单一、只需研究横向地质变化的情况下，地震映像法效果较好。而探测目的层较多时，不易确定最佳偏移距；由于每个记录道都采用了相同的偏移距，地震记录上的时间变化主要为地下地质的反映，这给资料解释带来极大的方便，可直接对资料进行数字解释。如频谱分析、相关分析等。

该方法最重要的就是选择合适的偏移距，在地震映像数据采集中，激发和接收距离一般称为最佳偏移距，它已不仅仅是反射波意义上的最佳，而是采集有效波的最佳偏移距，有效波可以多于一个，为了获得具有高信噪比和分辨率的地震映像记录，需要使用多道地震仪在一定的接收长度上获得剖面，分析实验剖面上各种地震波的传播规律，确定能够最好地反映探测目标的有效波的偏移距，即为最佳偏移距，要求在选择的偏移距上折射波、多组反射波、面波或其他有特征的波在实践上尽可能互相分离，信号清晰，受干扰波影响小，因为要利用尽可能多的信息、不同的条件下最佳偏移距的选择原则不同。

瞬变电磁法(TEM)是一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法。其基本原理是测量强大的脉冲源(如方波的下降沿或上升沿)所感生的随时间变化的二次场。由于这些变化的二次场是脉冲源所感生的涡流场在地下扩散过程中的电磁散射场，因此包含了丰富的地电信息，通过对这些信息的提取和解释，从而达到探测地下电性介质的目的，瞬变电磁法(TEM)探测原理图见图1。

本发明的瞬变电磁法和地震映像法对淘金洞进行了探测的方法如下：

1）地震映像法：每个测试排列布置12个120Hz检波器，偏移距2.0m～8.5m，道间距0.5m，采样率0.2ms，采样点数2048；每条测线长度25m，用18磅大锤锤地进行激发，采用6次覆盖迭加技术收集讯号（多次覆盖叠加技术是指采用一定的观测系统获得对地下每个反射点多次重复观测的采集地震波讯号的方法），最后采取抽道方法（将每条测线上炮检距相同的地震道讯号抽取出来，进行重新排列）对地震波讯号进行处理，根据反射波同相轴的变化情况定性推断地质异常情况，根据反射界面上的介质速度计算深度；

2）瞬变电磁法：主要采用中心回线装置（发射线圈是大的水平线圈，接收线圈位于发射线圈中心，水平放置，不断改变发射频率，接收不同频率时的垂直磁场，根据垂直磁场与频率的关系来达到测深的目的，这种仪器加上相应的解释称中心回线装置），中心回线测深点在发射线框的中心附近，发射回线边长20×20m，面积为400m²，工作频率62.5HZ，发射电压24V，发射电流4.0A~4.5A，叠加次数120次，关断时间9μs，中心点距0.5m；通过接收被测体的反射信号，根据所测的电阻率的变化情况，判定被测体的电阻异常，通过地震映像法和瞬变电磁法的综合测试，推断被测体存在的高阻异常，根据这些高阻异常情况推断为地下空洞（淘金洞）。

高阻中找高阻异常历来是一个物探界的难题，特别对于高阻中的小体积高阻异常，本发明利用已经淘金洞进行反复试验工作，验证方法有效性后，对某电站左岸淘金洞进行普查，取得了较好的效果，并取得较好的经济效益。其中，瞬变电磁法在横向分辨率上有优势，但易出现假异常；地震映像法在深度分辨率上有优势，但其效果的准备须紧密结合地质资料，需要在不同地质条件下做多个地质剖面。两种方法相互结合有助于判断出真实异常并确定异常的中心位置。

金沙江中游流域常年水位线以上分布有许多淘金洞，从库区安全的角度考虑，如果将该方法推广开来，可取得非常广阔的市场效益。

附图说明

图1为瞬变电磁法(TEM)探测原理示意图。

图2为地震映像法外业工作方法示意图。

图3为瞬变电磁法外业工作方法示意图。

图4为测线1第一次测试抽第8道地震映像波形图。

图5为测线1第二次复测抽第5道地震映像波形图。

图6为测线2第一次测试抽第8道地震映像波形图。

图7为测线2第二次复测抽第7道地震映像波形图。

图8为瞬变电磁法视电阻率测试成果图。

图9 为左岸坝基淘金洞探查测线布置图。

图10 为左岸坝基堆积体内淘金洞探查综合成果图。

图11 为异常⑥和⑦所在测线瞬变电磁法视电阻率剖面图。

图12 异常⑥和⑦所在测线地震映像（抽第10道）波形图。

图1中，1―一次磁场，2―接收线圈，3―二次磁场，4―测网，5―矿体，6―围岩，7―发射线圈。

图2中，①-激发点（用18磅大锤激发），②-接收点（120Hz检波器），③-地震道（检波器）编号，S－道间距，L－偏移距。

图3中，①-接收线圈，②-中心回线，③-发射线圈。

具体实施方式

1. 场地情况及测线布置

本次实验阶段测试场地选在金沙江某工程基础左岸堆积体平台上，该堆积体主要由碎块石夹孤石，部分为碎块石夹粉土、粉砂，总体结构密实，部分大块石、孤石接触部位具架空现象。该堆积体平台下方6m左右深度分布有一淘金洞，洞口基本呈圆形，半径约1.5m左右，洞向从洞口向内是向上游分布，测线在洞口正上方布置。

2. 试验仪器及采用装置

地震映像法每个排列布置12个120Hz检波器偏移距2m，道间距0.5m，采样率0.2ms，样点数2048。剖面长度25m，用18磅大锤进行激发，采用6次覆盖迭加技术。最后采取抽道技术，选取最佳偏移距。

瞬变电磁法主要采用中心回线装置，中心回线测深在发射线框的中心点及其附近测点进行测量。发射回线边长20×20m，面积为400m²，工作频率62.5HZ，发射电压24V，发射电流4.0A~4.5A，叠加次数120次，关断时间9μs，中心点距0.5m。

3．试验测试结果

1）地震映像法成果：

此次地震映像采取的是反射波法地震映像，该方法中，常用反射波作为主要的有效波。当界面水平时，反射点位置正好在记录点上，每次激发的反射波传播时间不变，同相轴为直线，当界面深度发生变化时，反射波的传播时间会发生变化。如在断层两侧表现为突变；如果是倾斜界面，反射点的位置会偏离记录点向界面的上倾方向移动，根据反射波同相轴的变化情况定性推断界面的起伏情况，根据反射界面上的介质速度计算深度。

用测线1和测线2均进行了两次测试，从上游往下游分别为1至12道，主要是看两次测试的成果一致性，以保证测试方法的可靠性。为了找到合适的偏移距，此次试验的偏移距设置为2.0m～8.5m，经过对比分析，确定最佳偏移距为5.5m～6.0m之间，选取测试效果最好的抽道，其对应检波器位置及炮检距如表1所示。

表1 地震映像测试不同抽道检波器位置及炮检距表

测线1第一次测试抽取其中的第8道，地震映像波形图分别见图4。从图中很明显可以看出，剖面中第13道到17道，对应测线位置是10m～12.0m，以时间16ms为顶点，存在一个明显的双曲线同相轴，此为地下空洞（淘金洞）的反映。为了验证第一次测试结果，第二次用同样的方法进行了复测，抽取其中的第5道，地震映像波形图为图5。从图中很明显可以看出，剖面中第17道到21道，对应测线位置是10m～12.0m，存在一个明显的双曲线同相轴，同样为地下空洞（淘金洞）的反映。两次测试结果所反应出来的异常位置基本相同，异常平面位置与实际情况均很好地对应。测线2第一次测试抽取的第8道、第二次复测抽取第7道的成果图分别见图6、图7，两次测试结果所反映的异常位置与实际情况均能很好的对应。

2.）瞬变电磁法：

测线1上进行瞬变电磁法测试，下游为小桩号，瞬变电磁法视电阻率测试结果如图8所示。从图中可看出，成果图中所反映出的地质分层与实际情况基本吻合，在靠下游的细砂砾石层中视电阻率高阻异常区域主要有两处，桩号2m处异常深度4.5m～6.0m区域，此异常与淘金洞空间位置完全吻合。桩号1m处异常深度在4.0m～5.5m区域，此异常为假异常，待验证。

4．实际测试成果

为探明左岸坝基堆积台地淘金洞的分布情况，左岸坝基EL.1525平台和EL.1530共布置五条测线，测线布置图见图9。左岸坝基堆积体内淘金洞探查成果表见表2，淘金洞探查综合成果图见图10。

表2 左岸坝基堆积体内淘金洞探查成果表

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通过对左岸坝基堆积内淘金洞瞬变电磁法和地震映像法综合测试，共推断左岸坝基存在七处高阻异常，这些高阻异常推断地下空洞(淘金洞)，这些异常分布深度多在10m～12m之间。异常⑥和⑦所在测线瞬变电磁法视电阻率剖面图见图11，地震映像（抽第10道）波形图见图12。

5、成果验证

异常⑥在测线C2的桩号为67.5m～71.5m，此处经打孔验证发现一处明显空腔，孔内竖向尺寸与淘金洞尺寸差不多，故异常⑥的推断正常。淘金洞顶部深度在8.3m左右，而瞬变电磁法与地震映像法综合推断的异常顶部深度为12m左右，说明瞬变电磁法在异常的竖向分辨率上易产生假异常，深度的判定需要再结合其它勘探方法，比如打孔等综合分析。

6、结论

从地震映像法和电磁法在淘金洞的探查试验测试成果及实际测试成果中可以得知：

(1)在浅层高阻地质异常体的探测中，两种方法均有一定的有效性，两种方法出现的异常基本对应，且与实际情况比较吻合。

(2)瞬变电磁法在横向分辨率上有优势，但易出现假异常；地震映像法在深度分辨率上有优势，但其效果的准备须紧密结合地质资料，需要在不同地质条件下做多个地质剖面。两种方法相互结合有助于判断出真实异常并确定异常的中心位置。

Claims

1.一种采用瞬变电磁法和地震映像法对淘金洞进行探测的方法，其特征在于按以下进行：

1）地震映像法：每个测试排列布置12个120Hz检波器，偏移距2.0m～8.5m，道间距0.5m，采样率0.2ms，采样点数2048；每条测线长度25m，用18磅大锤锤地进行激发，采用6次覆盖迭加技术收集讯号，最后采取抽道方法对地震波讯号进行处理，根据反射波同相轴的变化情况定性推断地质异常情况，根据反射界面上的介质速度计算深度；

2）瞬变电磁法：主要采用中心回线装置，中心回线测深点在发射线框的中心附近，发射回线边长20×20m，面积为400m²，工作频率62.5HZ，发射电压24V，发射电流4.0A~4.5A，叠加次数120次，关断时间9μs，中心点距0.5m；通过接收被测体的反射信号，根据所测的电阻率的变化情况，判定被测体的电阻异常，通过地震映像法和瞬变电磁法的综合测试，推断被测体存在的高阻异常，根据这些高阻异常情况推断为地下空洞。

2.根据权利要求1所述的采用瞬变电磁法和地震映像法对淘金洞进行探测的方法，其特征在于地震映像法所述的偏移距为5.5m～6.0m。