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[摘 要]在探测地下裂隙带、溶洞等方面，GL-68系列工程电磁仪通过分析卡尼尔视电阻率及趋肤深度，来判断构造断裂、溶洞的地下分布特征及规律。文中探测实例说明，充分利用GL-68系列工程电磁仪的优越条件，了解场地的地质构造、岩溶发育地质特征，可帮助我们提高工作效益。
[关键词]GL电磁仪 卡尼尔视电阻率 趋肤深度
中图分类号：TN23.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0047-01
1 引言
GL-68系列工程电磁仪在探测地下裂隙带、溶洞等方面具有独到之处，通过分析卡尼尔视电阻率及趋肤深度，来判断断裂构造、溶洞的地下分布规律及所在之处。通过探测实例说明，利用GL-68系列工程电磁仪可查明和了解工区内的地质构造、矿化体特征以及岩溶发育地质程度，可帮助我们提高工程质量和找矿效果。
随着我国社会经济的发展，社会对地质灾害的预防和控制提出了更高的要求，也促进了探测方法，应用技术的发展。
GL-68工程电磁仪以卡尼尔大地电磁理论为基础，以地球上存在的天然大地电磁场为工作源，通过相敏技术实现同步锁频作为采样方式的大地电磁背景场测量方式。适用于水文地质、工程地质、灾害地质、地质找矿等勘查项目。在地下水、岩溶、地基探测、水库渗漏等方面均得到了广泛的应用。该方法具有灵敏度高，操作方便、体积小重量轻等特点，非常适合野外条件作业。尤其是在工程地质勘查中有的地区空间狭小，不适合电极排列具有一定延伸方向的地区，具有明显得优越性。
2 GL--68工程电磁仪的基本原理
GL工程电磁仪以卡尼尔（Caniard）大地电磁理论基础，以同步锁频采样方式进行高频电磁测量，通过测定具有区域性乃至全球性分布特征的天然大地电磁场中高频成分的电分量和磁分量的瞬时变化率，来判定大地介质是否有结构性变异及产出状态。如：岩溶、断层（裂隙带）、古空洞及积水、陷落柱、金属脉等。并做出定位或定深的解释。因为天然电磁场的高频成分主要起源于大气层中的雷暴放电机制，可等效为在任意时刻地表任意方向存在着很多个场源，实行同步锁频采样的目的是根据信号的相位关系锁定或自动跟踪信号频率使之进一步服从理论模型的要求。在卡尼尔大地电磁理论中，假定磁源位于高空，地下介质在水平方向是均匀的，定义波在地下介质传播时振幅衰减到地面幅值1/e时的深度为趋肤深度或穿透深度。因此用不同频率的阻抗计算视电阻率曲线便可达到探测深度的目的。
趋肤深度的数学表达式：
式中：D-趋肤深度（m）；ω一园频率（ω=2πf）；μ一真空导磁率（，μ=4πx 10-7 ）； σ一电导率=（σ= 1/ρa.） ； f-频率（Hz）；
所以工程上常用的趋肤深度D近似表达式为：
由②式（2）得知趋肤深度主要受地下介质的电阻率合电磁波的频率影响，其影响程度
在理论上介质电阻率和趋肤深度的平方成正比；电磁波的频率和趋肤深度的平方成反比。即
电磁场的周期越长或介质的电阻率越高，‘电磁能量在传播过程中损耗越小，穿透的越深，也就是随着频率的降低，探测深度随之增加。在非均匀介质条件下，以实测阻抗计算出的量称卡尼尔视电阻率。它的数学表达式为：
ρ a =Z2 /（ωμ） （3）
式中：ρ a一卡尼尔电阻率（Ω.m）； Z一波阻抗（Z=Ex/Hy）； Ex-x方向上的电磁强度（mV/Km）；
Hy-y方向上的磁场强度（nT）；
代入以上参数，卡尼尔视电阻率又可写为：
ρ a =0.2T（EX/Hy）2 （4）
由（4）式可见，卡尼尔视电阻率是频率的函数，是在给定频率下，电磁场影响范围内
介质的综合反映。显然根据趋肤深度概念，频率较高时，卡尼尔视电阻率反映较浅的介质，频率越低则反映介质的深度越大。
在GL-68系列电磁仪的实际测量中，首先获取的原始参数是Ex和Hy值，然后利用（4）式和式（2）分别求出卡尼尔视电阻率和趋肤深度，在根据不同深度岩石介质的电性变化去推断地下介质有否结构性变异。
3 工作方法及解释技术
本仪器采用中外合资古德埃灾害地质事业团、沈阳方舟地质学工程技术开发公司研制的IGL-68系列工作电磁仪系统。
本仪器采取多频式共有11个频率可供选择，频率选择开关位于面板中部下方，其对应频
率及装置系数见表1。
观测系统：在布设中设置固定间距，逐点移动，磁棒垂直与测线。
解释：野外采集数据后，室内数据整理，设置相互对应的频率，在UCDOS下计算卡尼尔视电阻率Pa，趋肤深度D，根据需要按各测点位置编辑相对应坐标参数，经微机计算成图。圈出隐伏岩溶，导水断层（裂隙带）等。
4 应用实例
4.1 裂隙带探测
沈陽某重点大院，改造扩建因场地内大部分地段为建筑物及水泥地面，给常规物探方法带来较多的困难，多次物探测量后钻井找不到深水层位而无法扩建。GL-68工程电磁仪在次次勘查中发挥了重要作用。
工作区大地构造位于中朝准地台，铁岭——靖宇台拱，汎河凹陷西南端。为丘陵区，海拔高度80～105m相对高差25m。区内出露主要岩性为第四系上新统（QP3），由黄色粘土、亚砂土等组成。厚度约15～20m。根据区域地质调查资料，其下部岩性为太古代晚期微斜混合岩和混合花岗岩。
在通视较好的地段不设勘查剖面10条，点距10m，电极间接2.5m。逐点观测。通过野外观测和室内综合资料整理，在剖面断面图上，在102点附近卡尼尔视电阻率呈线性低阻反映，断裂带倾向北东。在-100 m平面等值线图上，断裂带呈低阻串珠状异常展布，走向北北东25°～40°，断裂带长度>800m。在V线附近被F2断裂错动，反映了F1断裂形成时代较早，南侧I -IV线、低阻异常特征不明显，推测可能为断裂构造变窄或破碎蚀变程度较低所致。 上述电磁仪推断解释构造与其他方法推测的构造吻合，在V剖面，98号点施工钻孔，在深120m处见构造破碎带，水量相当可观。
4.2 在工程勘查中溶洞深测
某重要建筑场地，岩土层从上至下主要为：残积、坡积、洪积层、粘土、粉砂质粘土等基岩岩性为石炭岩系，岩溶发育。桩基施工前须探明溶洞分布，考虑探测的精度及场地条件，采用电磁仪观测。
在成果圖上，溶岩裂隙成片发育，或具有裂隙的带状特征。从数值上相比，岩溶裂隙与围岩的差异并不明显，剖面断面图上，在-300～ （-500） m影像特征为低阻异常，具有一定空间。熔岩裂隙在基岩面附近最为发育，随深度的增加，发育程度逐渐减弱。在地面布设钻孔在420m处见一溶洞。实践证明GL一系列工程电磁仪在溶洞勘查方面是有效的。
电磁仪不能直接探测地下的软土和土洞，但这些地质体的存在与地下的溶洞、溶槽密切相关，通过对溶洞、溶槽的探测，结合土层的电性特征等地层资料，可间接推断软土和土洞的平面分布，预测塌陷可能分布的区域。
溶洞在成像剖面的形态一般呈椭圆状或串珠状与完整灰岩相比差异明显，通过对溶洞深测，在平面上可划分强、弱岩溶发育区，在纵向上，通过测区布置钻孔深度，可探测岩溶发育下限的完整基岩，作为主要建筑设计中稳定的持力基础
5 结论
GL--68电磁仪是探查地质结构柯造最为方便，直接的有效方法，具有重量小、体积轻、操作简单的特点，不受施工条件的限制。
该方法是以天然大地电磁场中的电分量和磁分量为工作场源，因此在探测地下裂隙带、溶洞等方面具有独到之处。通过卡尼尔视电阻率来判霭构造、溶洞的地下分布规律，了解地质构造、岩溶发育地质特征，结合其他方法真有独特的优势。
由于该方法具有可供选择的11个对应频率，通过我们的工作，最大勘探深度可达千米以上，取得过较好的勘查成果，具有勘探深度大的特点。
同时也应注意到，该方法在应用中由于简化了地质模型，忽略了介质各向异性等因素的影响，在成像算法中加入了各种假设，因此成像不可能做到与实际相符，也正是这种差异以及人们追求逼近客观现实的需要，成为推动该方法不断创新发展的原动力。
参考文献
[1]李金铭，物探与化探，2006 （4）.
[2l沈阳方舟地学工程技术开发公司，GL系列工程电磁仪使用手册。
[关键词]GL电磁仪 卡尼尔视电阻率 趋肤深度
中图分类号：TN23.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0047-01
1 引言
GL-68系列工程电磁仪在探测地下裂隙带、溶洞等方面具有独到之处，通过分析卡尼尔视电阻率及趋肤深度，来判断断裂构造、溶洞的地下分布规律及所在之处。通过探测实例说明，利用GL-68系列工程电磁仪可查明和了解工区内的地质构造、矿化体特征以及岩溶发育地质程度，可帮助我们提高工程质量和找矿效果。
随着我国社会经济的发展，社会对地质灾害的预防和控制提出了更高的要求，也促进了探测方法，应用技术的发展。
GL-68工程电磁仪以卡尼尔大地电磁理论为基础，以地球上存在的天然大地电磁场为工作源，通过相敏技术实现同步锁频作为采样方式的大地电磁背景场测量方式。适用于水文地质、工程地质、灾害地质、地质找矿等勘查项目。在地下水、岩溶、地基探测、水库渗漏等方面均得到了广泛的应用。该方法具有灵敏度高，操作方便、体积小重量轻等特点，非常适合野外条件作业。尤其是在工程地质勘查中有的地区空间狭小，不适合电极排列具有一定延伸方向的地区，具有明显得优越性。
2 GL--68工程电磁仪的基本原理
GL工程电磁仪以卡尼尔（Caniard）大地电磁理论基础，以同步锁频采样方式进行高频电磁测量，通过测定具有区域性乃至全球性分布特征的天然大地电磁场中高频成分的电分量和磁分量的瞬时变化率，来判定大地介质是否有结构性变异及产出状态。如：岩溶、断层（裂隙带）、古空洞及积水、陷落柱、金属脉等。并做出定位或定深的解释。因为天然电磁场的高频成分主要起源于大气层中的雷暴放电机制，可等效为在任意时刻地表任意方向存在着很多个场源，实行同步锁频采样的目的是根据信号的相位关系锁定或自动跟踪信号频率使之进一步服从理论模型的要求。在卡尼尔大地电磁理论中，假定磁源位于高空，地下介质在水平方向是均匀的，定义波在地下介质传播时振幅衰减到地面幅值1/e时的深度为趋肤深度或穿透深度。因此用不同频率的阻抗计算视电阻率曲线便可达到探测深度的目的。
趋肤深度的数学表达式：
式中：D-趋肤深度（m）；ω一园频率（ω=2πf）；μ一真空导磁率（，μ=4πx 10-7 ）； σ一电导率=（σ= 1/ρa.） ； f-频率（Hz）；
所以工程上常用的趋肤深度D近似表达式为：
由②式（2）得知趋肤深度主要受地下介质的电阻率合电磁波的频率影响，其影响程度
在理论上介质电阻率和趋肤深度的平方成正比；电磁波的频率和趋肤深度的平方成反比。即
电磁场的周期越长或介质的电阻率越高，‘电磁能量在传播过程中损耗越小，穿透的越深，也就是随着频率的降低，探测深度随之增加。在非均匀介质条件下，以实测阻抗计算出的量称卡尼尔视电阻率。它的数学表达式为：
ρ a =Z2 /（ωμ） （3）
式中：ρ a一卡尼尔电阻率（Ω.m）； Z一波阻抗（Z=Ex/Hy）； Ex-x方向上的电磁强度（mV/Km）；
Hy-y方向上的磁场强度（nT）；
代入以上参数，卡尼尔视电阻率又可写为：
ρ a =0.2T（EX/Hy）2 （4）
由（4）式可见，卡尼尔视电阻率是频率的函数，是在给定频率下，电磁场影响范围内
介质的综合反映。显然根据趋肤深度概念，频率较高时，卡尼尔视电阻率反映较浅的介质，频率越低则反映介质的深度越大。
在GL-68系列电磁仪的实际测量中，首先获取的原始参数是Ex和Hy值，然后利用（4）式和式（2）分别求出卡尼尔视电阻率和趋肤深度，在根据不同深度岩石介质的电性变化去推断地下介质有否结构性变异。
3 工作方法及解释技术
本仪器采用中外合资古德埃灾害地质事业团、沈阳方舟地质学工程技术开发公司研制的IGL-68系列工作电磁仪系统。
本仪器采取多频式共有11个频率可供选择，频率选择开关位于面板中部下方，其对应频
率及装置系数见表1。
观测系统：在布设中设置固定间距，逐点移动，磁棒垂直与测线。
解释：野外采集数据后，室内数据整理，设置相互对应的频率，在UCDOS下计算卡尼尔视电阻率Pa，趋肤深度D，根据需要按各测点位置编辑相对应坐标参数，经微机计算成图。圈出隐伏岩溶，导水断层（裂隙带）等。
4 应用实例
4.1 裂隙带探测
沈陽某重点大院，改造扩建因场地内大部分地段为建筑物及水泥地面，给常规物探方法带来较多的困难，多次物探测量后钻井找不到深水层位而无法扩建。GL-68工程电磁仪在次次勘查中发挥了重要作用。
工作区大地构造位于中朝准地台，铁岭——靖宇台拱，汎河凹陷西南端。为丘陵区，海拔高度80～105m相对高差25m。区内出露主要岩性为第四系上新统（QP3），由黄色粘土、亚砂土等组成。厚度约15～20m。根据区域地质调查资料，其下部岩性为太古代晚期微斜混合岩和混合花岗岩。
在通视较好的地段不设勘查剖面10条，点距10m，电极间接2.5m。逐点观测。通过野外观测和室内综合资料整理，在剖面断面图上，在102点附近卡尼尔视电阻率呈线性低阻反映，断裂带倾向北东。在-100 m平面等值线图上，断裂带呈低阻串珠状异常展布，走向北北东25°～40°，断裂带长度>800m。在V线附近被F2断裂错动，反映了F1断裂形成时代较早，南侧I -IV线、低阻异常特征不明显，推测可能为断裂构造变窄或破碎蚀变程度较低所致。 上述电磁仪推断解释构造与其他方法推测的构造吻合，在V剖面，98号点施工钻孔，在深120m处见构造破碎带，水量相当可观。
4.2 在工程勘查中溶洞深测
某重要建筑场地，岩土层从上至下主要为：残积、坡积、洪积层、粘土、粉砂质粘土等基岩岩性为石炭岩系，岩溶发育。桩基施工前须探明溶洞分布，考虑探测的精度及场地条件，采用电磁仪观测。
在成果圖上，溶岩裂隙成片发育，或具有裂隙的带状特征。从数值上相比，岩溶裂隙与围岩的差异并不明显，剖面断面图上，在-300～ （-500） m影像特征为低阻异常，具有一定空间。熔岩裂隙在基岩面附近最为发育，随深度的增加，发育程度逐渐减弱。在地面布设钻孔在420m处见一溶洞。实践证明GL一系列工程电磁仪在溶洞勘查方面是有效的。
电磁仪不能直接探测地下的软土和土洞，但这些地质体的存在与地下的溶洞、溶槽密切相关，通过对溶洞、溶槽的探测，结合土层的电性特征等地层资料，可间接推断软土和土洞的平面分布，预测塌陷可能分布的区域。
溶洞在成像剖面的形态一般呈椭圆状或串珠状与完整灰岩相比差异明显，通过对溶洞深测，在平面上可划分强、弱岩溶发育区，在纵向上，通过测区布置钻孔深度，可探测岩溶发育下限的完整基岩，作为主要建筑设计中稳定的持力基础
5 结论
GL--68电磁仪是探查地质结构柯造最为方便，直接的有效方法，具有重量小、体积轻、操作简单的特点，不受施工条件的限制。
该方法是以天然大地电磁场中的电分量和磁分量为工作场源，因此在探测地下裂隙带、溶洞等方面具有独到之处。通过卡尼尔视电阻率来判霭构造、溶洞的地下分布规律，了解地质构造、岩溶发育地质特征，结合其他方法真有独特的优势。
由于该方法具有可供选择的11个对应频率，通过我们的工作，最大勘探深度可达千米以上，取得过较好的勘查成果，具有勘探深度大的特点。
同时也应注意到，该方法在应用中由于简化了地质模型，忽略了介质各向异性等因素的影响，在成像算法中加入了各种假设，因此成像不可能做到与实际相符，也正是这种差异以及人们追求逼近客观现实的需要，成为推动该方法不断创新发展的原动力。
参考文献
[1]李金铭，物探与化探，2006 （4）.
[2l沈阳方舟地学工程技术开发公司，GL系列工程电磁仪使用手册。