1、天然電磁波法在地面工程探測中的應(yīng)用 中煤科工集團西安研究院 王文祥 廊坊市安次區(qū)龍港科技開發(fā)公司 王鼎 王攀摘要：利用天然電磁波探測技術(shù)在我國始于1985年美國一家美國地球物理國際公司研制的巖性探測儀（petro-sonde）到我國試驗。我公司科研人員在歷經(jīng)30年的努力，依據(jù)天然電磁波場源的屬性已研制出多種地球物理勘探儀器和物探方法，并在地質(zhì)勘探領(lǐng)域中獲得了豐富的經(jīng)驗與探測效果，2014年根據(jù)現(xiàn)在城市淺源工程探測需求，在以往的基礎(chǔ)上研制了解析度為0.1m的DGT-1型地面工程探測儀，適用于城市淺源工程探測如：城市非開挖管線部署改造超前探測、地下管道漏水影響面積調(diào)查、路基探測、管線探測等工程。關(guān)

2、鍵詞：DGT-1型地面工程探測儀 SYT型儀器 天然電磁波 淺源工程探測 瞬論 非開挖工程Natural electromagnetic wave method in the application in the detection of shallow source projectWang Wenxiang,（Central Coal Research Institute, Xian Branch Tel. Post code: 710054） Wang Ding, Wang Pan LongGong Technology Development LTDAbstr

3、act: 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 personnel after 30 years of effo

4、rt, 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 the current 2014 urban sha

5、llow 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 trenchless pipeline underground pip

6、eline leaking influence area of investigation, subgrade detection, pipeline and other projects.1 前言利用天然電磁波場源進行地球物理勘探研究始于20世紀80年代美國得克薩斯州達拉斯市一家美國地球物理國際公司（Geophysics International Corporation）研制的巖性探測技術(shù)（petro-sonde）。19851986年該公司來我國在四省市（河北、山西、貴州、北京）九個地區(qū)（任丘、勝利油田，開灤、平朔煤礦，清河地下水，永定門地下熱水，北京十三陵古墓，東風水電站，天生橋水電站）

7、進行了試驗性表演和服務(wù)性現(xiàn)場測量。從此拉開了該項技術(shù)在我國研制的序幕。到1993年中國地球物理學會年會期間，能堅持該項技術(shù)研究的則由原來的18家大專院校、科研單位急劇下降到3、4家。最后能從理論到實踐將該項技術(shù)發(fā)揚光大的只有中煤科工集團西安研究院和廊坊市龍港科技開發(fā)公司兩個協(xié)作單位。歷經(jīng)30余年的努力，先后由DTY1型地電探測儀逐步發(fā)展到十幾種地球物理勘探儀器和多種相應(yīng)的物探技術(shù)，并在地質(zhì)勘探領(lǐng)域、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報領(lǐng)域內(nèi)取得了豐富的經(jīng)驗和很好的探測效果。鑒于近幾年城市內(nèi)地面塌陷、管道爆炸等事故的不斷發(fā)生，筆者于2014年在以往探礦儀器探測步長為1米的基礎(chǔ)上，研制出了分辨率為0.1m探測深度為51.

8、2m的DGT1型地面工程探測儀，以滿足城市非開挖管線部署的超前探測、地下管道漏水影響的地面調(diào)查、路基、橋樁水泥澆筑質(zhì)量的檢測、防汛之前大堤無損探測等工程的需求。2 DGT1型地面工程探測儀簡介2.1 被動源法天然電磁波 DGT1型地面工程探測儀和之前研制的其它電磁波儀器一樣，該儀器接收的也是同一種天然電磁波(電磁輻射)。這種天然電磁波場源廣泛存在于地球在宇宙中所占據(jù)的整個空間，它無時無刻不存在。按天然電磁波來源有可對其分為天電部分（來自地球外部空間(指地殼以外)的電磁波）和地電部分（來自地殼內(nèi)部的電磁波），詳見下面框圖11。 圖1 天然電磁波場源特性及用途簡表2.2 儀器接收的電磁波理論推導

9、依據(jù)天然電磁波的變化特征可知，天然電磁波中的天電部分和地電部分的二次場均是 DGT1型地面工程探測儀工作時的信號源，這部分電磁波在地下介質(zhì)中傳播時，其單程衰減幅度基本與大地電磁場低頻窗口截頻公式(1) 的形式相似2，如公式(2) (1) (2) f為截止頻率(Hz)； 為某一深度上地質(zhì)體的視電阻率(·)； H為某一地質(zhì)體所在深度(m)； k為常數(shù)(9.4×105)； A為某一特定常數(shù)。 天然電磁波進入地下在介質(zhì)中傳播時遇到不同電性界面時，就要發(fā)生反射和透射，對于接收反射至地表的那部分電磁波的量值大小，經(jīng)過理論推導其最后的公式為 （3） 式（3）是儀器接收地下上來的電磁波電壓

10、值可以反映地下物性參數(shù)的理論依據(jù)。3 DGT1型地面工程探測儀探測案例3.1 對地下埋深1.7米3公分水管的探測下圖3是對地下自來水管探測平面圖。水管材質(zhì)為塑料，管壁外徑3cm。水管走向為北西南東，測線垂直于水管走向，沿水管走向布置兩條測線。探測深度為3.2m，測點間距20cm，每個測點探測1遍數(shù)據(jù)，然后對探測的兩條測線做出的電磁電阻率等值線圖。從圖中可以看出只有4號點在這兩條測線中相同的深度上出現(xiàn)了低電磁電阻率特征，第二測線出現(xiàn)的位置有些偏淺，這有可能和天然場源變化有關(guān)。如圖中黑色框圈出的部位。圖33.2 對地下飲用水管道探測圖3是對地下引用水管道（單管道）探測成果圖，管道材質(zhì)為PV型材質(zhì)，

11、管徑為50cm左右，走向大致為南北向，因此探測測線垂直于管道走向，測點間距控制在20cm，探測深度5m。沿走向布置兩條測線，各測線設(shè)計16個探測點位，測線長度3m。由于水管道因此在其物性特征中顯低阻特性，根據(jù)探測的數(shù)據(jù)使用軟件成圖，然后對其低電磁電阻率進行調(diào)整可以看出在其第1、2測線中黑色框標出的低值區(qū)圈閉異常均為可疑管道部位，但根據(jù)其走向判斷管道在第1測線的第8、9號點處，埋深1.5至2m；在第2測線9、10號點處，埋深1.7至2.2m，如圖中紅色框標出的位置。從兩張圖中可疑看出在深度3.5m處均有一層電阻率值較高的層位。說明管道鋪設(shè)時在這個深度以上進行的施工，因此3.5m以下深度出現(xiàn)的低值

12、區(qū)圈閉異常為地下巖土層本身引起的異常。圖33.3 對地下混凝土雨水管道探測下圖4是對地下雨水管道探測平面圖。管道材質(zhì)為鋼筋混凝土，管壁厚5cm，管壁外徑70cm。管道走向為近東西走向，兩條測線垂直于管道走向，測線間距4m，探測深度為9.6m，測點間距30cm。圖4 探測平面圖下圖5是對探測的兩條測線做出的電磁電阻率等值線圖。從圖中第一測線可以看出管道位置在1-6、1-7點深度4m左右，而第二測線管道位置在2-7、2-8點深度4.4m左右，如圖中黑色框圈出的部位，由于雨水從路邊流向路中心主管道，所以在第二測線出現(xiàn)的深度偏深0.4m左右，位置在2-7、2-8點有些偏差，但站在主管道豎井口處看路邊的

13、井口發(fā)現(xiàn)其管道走向而是正西偏北，并不是正東正西走向。如上圖4。圖5 雨水管道探測電阻率等值線剖面圖3.4 對地鐵站地下柔性接頭漏水影響范圍探測2014年11月臺灣大學地理環(huán)境研究中心朱子豪教授使用DGT和SYT型儀器對地鐵某中學站地下柔性接頭漏水事件進行探測研究。圖6、圖7為探測過程及研究成果圖。從探測成果圖中可以看出，SYT型儀器已能探出地鐵隧道主體結(jié)構(gòu)與地下水層及其他沉積物質(zhì)空間分布與結(jié)構(gòu)。在本次探測中，SYT在隧道下方探測受限于分辨率，因此以DGT型儀器進行高垂直精度10cm級，可探出地下可能流動物質(zhì)區(qū)域，該區(qū)域亦極為容易發(fā)生淘空之區(qū)域(動態(tài)流體)。在下方1.5m處，靠近站臺處有流體較明

14、顯區(qū)域，另在水平方向約5m處亦有分布流體區(qū)，須注意。 隧道體上方是否有其他滲漏來源部分，建議再確認。 （資料來源：臺灣大學嚴志民博士）圖6（資料來源：臺灣大學嚴治民博士）圖73.5 對地下多層復(fù)雜管線探測2015年4月臺灣大學地理環(huán)境研究中心朱子豪教授使用DGT型儀器對臺北市南海路國語實小地下復(fù)雜管線進行探測。下圖7是其探測流程及成果圖。根據(jù)對地下復(fù)雜管線探測判析認為，探測成果有多解性現(xiàn)象，此為自然現(xiàn)象，例如管線材質(zhì)與周圍覆蓋物質(zhì)的含水電阻率不同，因此”形態(tài)”的判釋顯得較“較電阻率界限值”判析更準確些。a剖面與b剖面重復(fù)線段的對比結(jié)果，顯示在施測時為求”確認”地下物質(zhì)，兩測線可互補對應(yīng)判釋。此

15、次探勘管線分級管理分類如下：（1）第一類(符號a,b,A,B):管線圖資有-探勘結(jié)果有（2）第二類(符號?):管線圖資沒有-探勘結(jié)果疑似有（3）第三類(符號×) :管線圖資有-探勘結(jié)果沒有（4）第四類:管線圖資沒有-探勘結(jié)果沒有（資料來源：臺灣大學嚴志民博士）圖74 結(jié)論通過以上案例可以得出如下認識如下：（1）該儀器可以對地下不同材質(zhì)、管徑為3-70公分的水管道進行識別。探測物顯圈閉的低電磁電阻率特征。由于管線材質(zhì)和管徑不同，常會導致與其周圍物性地層的電阻率不同，所以對于復(fù)雜的多層管線探測時要按照其形態(tài)與電阻率特征綜合判析，再加之相鄰測線從走向上互補判析更為之準確。（2）對于主體建筑

16、地下漏水情況或道橋路基、古墓等勘察時在某種情況下可使用SYT型儀器進行輔助探測，在確定較大的目標所在空間位置后，再結(jié)合DGT型儀器進行詳查，以達到更為便捷、準確的探測效果。（3）該技術(shù)還可以應(yīng)用于城市非開挖管線布設(shè)工程，對其非開挖定向鉆機鉆進方向上是否存在原有管道或管線，為鉆機定向鉆進設(shè)計深度提供依據(jù)。（4）由于該儀器接收的信號源為天然電磁波場源信息，儀器探測為單點單傳感器探測，所以在一定程度上不排除相鄰測點接收的天然場源發(fā)生微弱或較大變化，可能會導致資料的多解性，因此對其資料判析時不排除有誤判的可能。參考文獻【1】. 論與天然電磁波法勘探，王文祥，楊武洋，陜西人民出版社，2002年11月【2】. 天然電磁波法勘探研究目前獲長足進展，王文祥，楊武洋，煤炭科學技術(shù)，2005年第1期 第一作者簡介：王文祥 研究員，1947年生，河北廊坊，1969年提出組成物質(zhì)世界的基本單元不是“點狀”的粒子。而是狀入“W” 曲線的“”。該假說基本觀點與1984年國外提出的“弦論”相同。1982年畢業(yè)于蘭州大學地質(zhì)系，工作后開始在煤炭科學研究總院西安