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1、天然电磁波法在工程探测中的应用 天然电磁波法在地面工程探测中的应用 ? 中煤科工集团西安研究院 王文祥 ? 廊坊市安次区龙港科技开发公司 王鼎 王攀 摘要：利用天然电磁波探测技术在我国始于1985年美国一家美国地球物理国际公司研制的岩性探测仪（petro?sonde）到我国试验。我公司科研人员在历经30年的努力，依据天然电磁波场源的属性已研制出多种地球物理勘探仪器和物探方法，并在地质勘探领域中获得了丰富的经验与探测效果，2014年根据现在城市浅源工程探测需求，在以往的基础上研制了解析度为0.1m的DGT-1型地面工程探测仪，适用于城市浅源工程探测如：城市非开挖管线部署改造超前探测、地下管道漏水
2、影响面积调查、路基探测、管线探测等工程。 关键词：DGT-1型地面工程探测仪 SYT型仪器 天然电磁波 浅源工程探测 瞬论 非开挖工程 Natural electromagnetic wave method in the application in the detection of shallow source project Wang Wenxiang, （Central Coal Research Institute, Xian Branch Tel.:029-87862519, Post code: 710054） Wang Ding, Wang Pan LongGong Techno
3、logy Development LTD Abstract: the use of natural electromagnetic wave detection technology in our country started in 1985, an American geophysical international companies in the United States developed lithologic detectors (petro - sonde) to test in our country.My company scientific research person
4、nel after 30 years of effort, on the basis of the properties of natural electromagnetic field source has developed a variety of geophysical exploration instrument and geophysical exploration method, and gained rich experience in the field of geological exploration and detection effect, according to
5、the current 2014 urban shallow source project detection requirements, in the past was developed on the basis of the resolution of 0.1 m DGT detector - type 1 ground engineering, applied to urban shallow source project detection, such as: deploy the transformation of advanced detection, the trenchles
6、s pipeline underground pipeline leaking influence area of investigation, subgrade detection, pipeline and other projects. 1 前言 利用天然电磁波场源进行地球物理勘探研究始于20世纪80年代美国得克萨斯州达拉斯市一家美国地球物理国际公司（Geophysics International Corporation）研制的岩性探测技术（petro?sonde）。19851986年该公司来我国在四省市（河北、山西、贵州、北京）九个地区（任丘、胜利油田，开滦、平朔煤矿，清河地下水，永
7、定门地下热水，北京十三陵古墓，东风水电站，天生桥水电站）进行了试验性表演和服务性现场测量。从此拉开了该项技术在我国研制的序幕。到1993年中国地球物理学会年会期间，能坚持该项技术研究的则由原来的18家大专院校、科研单位急剧下降到3、4家。最后能从理论到实践将该项技术发扬光大的只有中煤科工集团西安研究院和廊坊市龙港科技开发公司两个协作单位。历经30余年的努力，先后由DTY1型地电探测仪逐步发展到十几种地球物理勘探仪器和多种相应的物探技术，并在地质勘探领域、地质灾害预报领域内取得了丰富的经验和很好的探测效果。鉴于近几年城市内地面塌陷、管道爆炸等事故的不断发生，笔者于2014年在以往探矿仪器探测步长
8、为1米的基础上，研制出了分辨率为0.1m探测深度为51.2m的DGT1型地面工程探测仪，以满足城市非开挖管线部署的超前探测、地下管道漏水影响的地面调查、路基、桥桩水泥浇 筑质量的检测、防汛之前大堤无损探测等工程的需求。 2 DGT1型地面工程探测仪简介 2.1 被动源法天然电磁波 DGT1型地面工程探测仪和之前研制的其它电磁波仪器一样，该仪器接收的也是同一种天然电磁波(电磁辐射)。这种天然电磁波场源广泛存在于地球在宇宙中所占据的整个空间，它无时无刻不存在。按天然电磁波来源有可对其分为天电部分（来自地球外部空间(指地壳以外)的电磁波）和地电部分（来自地壳内部的电磁波），详见下面框图1。 1 图1
9、 天然电磁波场源特性及用途简表 2.2 仪器接收的电磁波理论推导 依据天然电磁波的变化特征可知，天然电磁波中的天电部分和地电部分的二次场均是 DGT1型地面工程探测仪工作时的信号源，这部分电磁波在地下介质中传播时，其单程衰减幅度基本与大地电磁场低频窗口截频公式(1) 的形式相似，如公式(2) f? f? 2k? (2) (H?A)2k? (1) 2 f为截止频率(Hz)； ?为某一深度上地质体的视电阻率()； H为某一地质体所在深度(m)； k为常数(9.410)； A为某一特定常数。 天然电磁波进入地下在介质中传播时遇到不同电性界面时，就要发生反射和透射，对于接收反射至地表的那部分电磁波的量
10、值大小，经过理论推导其最后的公式为 22aBC?(k?)I Vfi? （3） 4(H?A)5 式（3）是仪器接收地下上来的电磁波电压值可以反映地下物性参数的理论依据。 3 DGT1型地面工程探测仪探测案例 3.1 对地下埋深1.7米3公分水管的探测 下图3是对地下自来水管探测平面图。水管材质为塑料，管壁外径3cm。水管走向为北西南东，测线垂直于水管走向，沿水管走向布置两条测线。探测深度为3.2m，测点间距20cm，每个测点探测1遍数据，然后对探测的两条测线做出的电磁电阻率等值线图。从图中可以看出只有4号点在这两条测线中相同的深度上出现了低电磁电阻率特征，第二测线出现的位置有些偏浅，这有可能和天
11、然场源变化有关。如图中黑色框圈出的部位。 图3 3.2 对地下饮用水管道探测 图3是对地下引用水管道（单管道）探测成果图，管道材质为PV型材质，管径为50cm左右，走向大致为南北向，因此探测测线垂直于管道走向，测点间距控制在20cm，探测深度5m。沿走向布置两条测线，各测线设计16个探测点位，测线长度3m。由于水管道因此在其物性特征中显低阻特性，根据探测的数据使用软件成图，然后对其低电磁电阻率进行调整可以看出在其第1、2测线中黑色框标出的低值区圈闭异常均为可疑管道部位，但根据其走向判断管道在第1测线的第8、9号点处，埋深1.5至2m；在第2测线9、10号点处，埋深1.7至2.2m，如图中红色框
12、标出的位置。从两张图 中可疑看出在深度3.5m处均有一层电阻率值较高的层位。说明管道铺设时在这个深度以上进行的施工，因此3.5m以下深度出现的低值区圈闭异常为地下岩土层本身引起的异常。 图3 3.3 对地下混凝土雨水管道探测 下图4是对地下雨水管道探测平面图。管道材质为钢筋混凝土，管壁厚5cm，管壁外径70cm。管道走向为近东西走向，两条测线垂直于管道走向，测线间距4m，探测深度为9.6m，测点间距30cm。 图4 探测平面图 下图5是对探测的两条测线做出的电磁电阻率等值线图。从图中第一测线可以看出管道位置在1-6、1-7点深度4m左右，而第二测线管道位置在2-7、2-8点深度4.4m左右，如
13、图中黑色框圈出的部位，由于雨水从路边流向路中心主管道，所以在第二测线出现的深度偏深0.4m左右，位置在2-7、2-8点有些偏差，但站在主管道竖井口处看路边的井口发现其管道走向而是正西偏北，并不是正东正 西走向。如上图4。 图5 雨水管道探测电阻率等值线剖面图 3.4 对地铁站地下柔性接头漏水影响范围探测 2014年11月台湾大学地理环境研究中心朱子豪教授使用DGT和SYT型仪器对地铁某中学站地下柔性接头漏水事件进行探测研究。图6、图7为探测过程及研究成果图。从探测成果图中可以看出，SYT型仪器已能探出地铁隧道主体结构與地下水层及其他沉积物质空间分布与结构。 在本次探测中，SYT在隧道下方探测受
14、限于分辨率，因此以DGT型仪器进行高垂直精度10cm级，可探出地下可能流动物质区域，该区域亦极为容易发生淘空之区域(动态流体)。 在下方1.5m处，靠近站台处有流体较明显区域，另在水平方向约5m处亦有分布流体区，须注意。 隧道体上方是否有其他渗漏来源部分，建议再确认。 （资料来源：台湾大学严志民博士） 图6 （资料来源：台湾大学严治民博士） 图7 3.5 对地下多层复杂管线探测 2015年4月台湾大学地理环境研究中心朱子豪教授使用DGT型仪器对台北市南海路国语实小地下复杂管线进行探测。下图7是其探测流程及成果图。根据对地下复杂管线探测判析认为，探测成果有多解性现象，此为自然现象，例如管线材质与周围覆盖物质的含水电阻率不同，因此”形态”的判释显得较“较电阻率界限值”判析更准确些。 a剖面与b剖面重复线段的对比结果，显示在施测时为求”确认”地下物质，两测线可互补对应判释。此次探勘管线分级管理分类如下： （1）第一类(符号a,b,A,B?):管线图资有-探勘结果有 （2）第二类(符号?):管线图资没有-探勘结果疑似有 （3）第三类(符号) :管线图资有-探勘结果没有 （4）第四类:管线图资没有-探勘结果没有 （资料来源：台湾大学严志民博士） 图7 4 结论 通过以上案例可以得出如下认识如下： （1）该仪器可以对地下不同材质、管径为3-70公分的水管道进行识别。
