天然电场选频法交流材料.doc

天然电场选频法交流材料郑州工业贸易学校 天然电场选频法是以天然大地电磁场作为工作场源，测量电磁场在地面上产生的电场分量，研究地电断面的电性变化，进而达到寻找隐伏断裂、裂隙、溶洞、采空区、洞穴、找矿等方面地质问题。该方法设备轻便，操作简单，两人即可以投入工作，深受业内人士的好评。1天然电场选频法的基本原理 天然电场选频法场源为大地电磁场（电台发射场或交流电场）,在距离场源很远的地面所分布的场,可视为一平面波，其分布方向近似垂直于地面，场的变化服从麦克斯韦方程组。通过对普通型波动方程求解，可以导出波阻抗与介质交流电阻率的关系： （1）式中：表示交流电阻率（m）；f为工作频率（Hz）；Ex和Hy分别为电场分量和磁场分量；为波阻抗。这里不考虑Ex和Hy之间的相位差。 根据平面电磁波在地层中传播时的衰减特征，电磁波在介质中穿透深度公式为 （2）式中为穿透深度（m）。由（2）式可知，电磁波的穿透深度与频率、电阻率有关。当频率一定，电阻率越高穿透深度越大；当电阻率一定，频率越低穿透深度越大。因此，通过改变工作频率可达到改变探测深度的目的。由于在同一地区小范围内磁场分量基本稳定，可视为一常数，因而可以利用电场分量与电阻率的定性关系判断地质体的高、低阻特征。 仪器测量工作频率选用的是具有大地电磁场特征的频率。我们知道，大地电磁场的频谱是相当宽的，从0.001Hz到106 Hz之间。但根据实际的地质问题需要，选用15.7、23.6、71.8、129、213、320、640、980、1450（Hz）9个频点的工作频率和一个全频段混频测量，频率间隔在对数坐标纸上均匀分布，达到探测不同深度的目的。实践得知：由理论公式计算的深度比实际深度大，所以计算深度要乘以一个改正系数，一般取1/21/3为实际深度。2 野外工作方法方法测网设计与其它物探方法一样，及测线垂直被探测对象的走向，点距根据需要而定。测量方法有以下几种：测量电极MN沿测线移动测量法。测量电极MN垂直测线移动测量法。正交测量法。在同一测点，测量电极MN分别沿测线和垂直测线移动测量，将垂直测线测出的电位差除以沿测线测出的电位差值作为作图值。以上几种测量方法均以电极MN中点作为记录点。至于野外运用哪种方法进行工作，要根据工作任务性质、地质条件、地形、障碍与干扰等情况而定。一般来说，在快速普查扫面时，采用第一种方法为宜，点距可适当大些。对发现的异常地区，和有希望的地段测量时，点距可以缩小，可同时使用第一和第二种方法，进一步查明异常细节。在定井位时，可用第三种方法，MN距一般使用10m或20m。点距使用10m。3 资料的整理与解释（1） 资料整理资料整理主要是绘制下列一些定性图件：电位差（Vi）曲线剖面图在excel电子表格中编辑数据，第一列为点号或距离，第二列为实测Vi，用折线法绘出曲线剖面图。如图1.电位差（Vi）曲线剖面平面图重复曲线剖面图的方法，按比例放置在一张平面图上即可。（2） 质量评价由于天然电场是一个随机变化的场，所以，质量评定不用均方相对误差来衡量，而已曲线的形态来评价。若基本观测曲线与检查观测曲线的形态相同或相似，便认为区县质量良好，异常可靠。反之则认为异常不可靠。（3） 资料的解释本方法的资料解释属于定性和半定量解释，其步骤如下：第一步：找出低阻或高阻带当面上的工作结束后，首先绘出必要地图件，蒋V曲线的低值地带划为低阻带，高值地带划为高阻带。结合已有的地质和物探资料从低阻带中选出有价值的低阻体，并根据异常的特点判定这些低阻体的分布范围、走向、倾向等。第二步：估算低阻体（高阻体）的埋深可利用公式（2）估算地质体的大致埋深。一般来讲，利用公式（2）计算出来的埋深要比实际大得多，这是由多种因素造成的。因此要想得到较为准确的埋深，需乘一个校正系数（同电阻率的经验系数）。校正系数可取1/21/4，具体数值要根据不同的地区而定。第三步：地质解释根据测区的地质资料和物探资料，对地下地质体的性质、范围、埋深给出综合解释。4应用实例及地质效果 4-1 古河道地下水济源市坡头镇坡头村位于黄河北岸，二级阶地上。据黄河滩边地层出露及已知井可知，自上而下岩性依次为：粘土、砂砾石、粘土及硬粘土等。由于区内主要含水砂砾石层处于区域水位之上，加之地表补给面积有限，造成该区为贫水区。有关施工单位先后在该区凿井7眼，都以无水而告终。我单位接受委托后，经详细地质调察，确定找水方向黄河古河道孔隙水。根据区域水位和覆盖层厚度，选择天然电场选频法测量工作频率为320、640（Hz），点距20米，进行区域剖面测量，完成天然场剖面二条，剖面总长度400余米。图1是位于村东边近南北向沟内，天然电场选频法II剖面V曲线，该剖面V曲线在1525号点间出现峰值异常段，幅值达到正常场1.5倍，认为该异常是地下古河道的反映。继而在该段24号点处又投入了温纳装置激电测深和五极纵轴视电阻率测深，确定大口井位一眼，口径2米，井深30米。施工成井后，降深2米，出水量240t/h。4-2 断层破碎带裂隙水湖南某工程公司位于长沙县南托岭。工区地层为：第四系白沙井组，岩性为粘土、细砂及砂砾石层。下部为第三系渐新统霞流市组粉砂岩、钙泥质粉砂岩。区内断裂构造发育情况不明，地层倾角100150。用天然场选频法进行扫面工作，在区内部置了3条近东西剖面。选用两个工作频率，MN和点距为20米，沿测线进行观测。3条剖面中的高电位在平面上呈北西向的条带状展布（图3），其幅值为1.22.4mv，宽度为120160米。结合区内水文地质情况分析认为，V曲线上高电位段和低电位段分别由地下粉砂岩和钙泥质粉砂岩所引起。即地下可能有一条隐伏断裂构造存在。#图2 长沙县南托岭V剖平面图 根据上述分析，在11线异常段上布置了联合剖面工作，A与B两支曲线在490号点出现低阻反映，在510号点出现正交点；静电卡法卡法曲线在510号点出现主峰异常。综合选频法、卡法和联合剖面法异常点的对应关系，将井位布设在510/11号点。经钻探验证，该孔在86-94.9米之间，岩石破碎，裂隙较发育，102-158米容孔发育。经抽水实验水量为136t/d，满足了该公司的要求。 4-3 岩溶裂隙水巩义市上庄村位于嵩山之北五指岭西侧。据村内一煤田勘察孔揭露，第四系粘土夹碎石的厚度约20米，下伏石炭系灰岩、砂质页岩和砂岩互层，该层厚约60米；奥陶系和寒武系地层为一套厚层状灰岩、白云质灰岩等。 图3是天然电场选频法I剖面V测量曲线，频率f=640 HzV曲线在 1216号点之间为一低阻异常段，两侧近似对称。频率f=15.7、71.8 HzV曲线不对称性较为明显，极大值呈西高东低，曲线梯度增大，极小值点向东位移。II剖面位于I剖面南侧，相距60米，II剖面V测量曲线与I剖面V曲线形特相似。说明在14号点处有一条近东西向的岩溶裂隙发育带存在。结合地质、水文地质资料，设计井深200米，成井后抽水试验，静水位42米，降深38米，出水量52t/h。640 Hz213 Hz15.7 Hz #图3 巩义上庄V剖图曲线图4-4其它工程应用天然电场选频法在工程地质勘察快速评价中的应用THE APPLICATION OF NATURAL ELECTRIC FIELD FREQUENCY-SELECTION METHOD IN QUICK EVALUTION OF ENGINEERING GEOLOGICAL EXAMINATION2003年03期张瑜麟 简述了天然电场选频方法的原理、计算公式和仪器使用方法,介绍了实测曲线的圆滑和以曲线背景为标准的归一化数据处理.通过在实际工作中的应用例子,说明了该方法在高阻覆盖区寻找岩溶洞穴和矿区中浅部采空区,评价工程地质状态,探查隐伏断裂、富水滑坡边界等方面具有快速、轻便、有效的优点.天然电场选频法在勘察地下水中的应用2002年03期孙金龙 天然电场选频法是勘察地下水赋存情况的一种物探方法,与常规物探方法相比,具有快速、信息丰富、独特的地质效果. 关键词： 天然电场选频法 , 地下水 , 快速天然电场选频法在地下水资源探测中的应用2003年01期张明锋 , 张水根 , 叶海燕 通过对测区的水文地质条件和地球物理特性进行综合分析,总结出国内外水资源探测较为有效的方法.实践表明,利用天然电场选频法在国内外不同的地区找水成功率可达90以上,同时该技术对江西煤矿地下水探测与防止亦有一定的借鉴意义. 关键词： 天然电场选频法 , 水文地质 , 水资源探测天然电场选频法在水文地质和工程地质中的应用2004年05期杨昌武 简述了天然电场选频法探查地质构造和找矿的基本原理,介绍了河南省郑州地校研制的天然电场选频仪的性能,以及在我国许多省市煤矿和勘探区的应用效果,根据对本方法应用效果的分析,肯定了这种方法的有效性,同时也指出了它的局限性. 关键词： 天然电场选频法 , 水文地质 , 工程地质 , 应用利用天然电场选频法的动、静态信息确定地下径流通道Dynamic and static information of natural electric field frequency selection method applied to confirm underground water stream channel2003年03期张瑜麟 简述了天然电场选频方法的原理、计算公式和仪器使用方法,介绍了实测曲线的圆滑和以曲线背景为标准的归一化数据处理.通过在实际工作中的应用例子,说明了该方法在高阻覆盖区寻找岩溶洞穴和矿区中浅部采空区,评价工程地质状态,探查隐伏断裂、富水滑坡边界等方面具有快速、轻便、有效的优点.2003年04期杨荣丰 , 张可能 , 徐卓荣 , 刘新华 , 江毅 , 高进 运用电磁波的传播理论,详细阐明了天然电场选频法静、动态信息的形成机理和基本特征,其中静态信息反映的是地质体形态变化的综合值,动态信息反映的是地下电磁流体的变化规律及变化范围.石下江煤矿注浆堵水工程实践表明,利用天然电场选频法动态信息确定岩溶矿区地下径流通道位置准确, 而用静态信息确定,则误差较大. 关键词： 天然电场选频法 , 动态信息 , 静态信息 , 注浆堵水 , 地下径流通道天然电场选频法的动态信息在注浆堵水工程中的应用研究Dynamic Characteristics of Self-potential Frequency Method and Its Application to the Examination of Grouting and Blocking Water2003年02期高进 , 江毅 , 刘新华 , 徐卓荣 , 张可能 , 杨荣丰 天然电场选频法是以天然大地电磁场作为工作场源