瞬變電磁法在嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查中的應(yīng)用

■宋全

（山東地礦新能源有限公司　山東　濟(jì)南　250013）

瞬變電磁法在嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查中的應(yīng)用

■宋全

（山東地礦新能源有限公司山東濟(jì)南250013）

幾年前，受氣候和地貌等因素影響，中國北方相當(dāng)一部分地區(qū)缺水嚴(yán)重。瞬變電磁法采用不接地回線接收電磁波信號(hào)，能夠不受場(chǎng)地限制較為有效地采集到有效信號(hào)，近年來在嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過對(duì)內(nèi)蒙古高原嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查工作中實(shí)例進(jìn)行論述，證明了瞬變電磁法在該地區(qū)地下水勘查中是行之有效的。

地下水勘查瞬變電磁法中心回線地質(zhì)解釋

受氣候和地貌等因素影響，中國北方相當(dāng)一部分地區(qū)缺水嚴(yán)重。根據(jù)地方水利局的調(diào)查，由于近年來干旱，地下水位逐年下降，地表水遇到干旱出現(xiàn)斷流，山溪水得不到補(bǔ)給而枯竭，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活，制約著地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。瞬變電磁法是以電磁波理論為基礎(chǔ)，電磁波能夠穿透較深的地層，且該方法采用不接地回線發(fā)射、接收信號(hào)，避免了場(chǎng)地條件的約束，近年來在嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1　項(xiàng)目概況

項(xiàng)目區(qū)位于內(nèi)蒙古高原的東南部邊緣的低山丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)氣候干旱，地表水系不發(fā)育，又多為間歇性內(nèi)陸河流，地下水的補(bǔ)給來源仍主要依靠大氣降水的滲入補(bǔ)給。但區(qū)內(nèi)斷層、節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，易于接受大氣降水的滲入補(bǔ)給，由于降水量少，補(bǔ)給源不足，多為水量微弱和中等的裂隙水含水巖系，僅在斷裂破碎帶處，造成了良好的儲(chǔ)水條件，水量較豐富。

本次勘查的地質(zhì)任務(wù)是：通過物探工作大致查清工作區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造，查清主要斷裂構(gòu)造的分布與產(chǎn)狀、確定基底埋深、劃分垂向電性分層，并結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)及水文資料劃分垂向巖性分層，確定地下富水構(gòu)造帶，為確定鉆井位置提供物探依據(jù)。

項(xiàng)目區(qū)主要地層有：

第四系的砂層，砂礫石，粘土地層。

新近系的泥巖，砂礫巖，玄武巖地層。

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)各地層彼此間存在一定電性差異。且當(dāng)巖層中存在斷裂破碎時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)低阻特征，本區(qū)主要含水層為第四系的砂層，砂礫石層，新近系的砂礫巖及玄武巖。由此可見，在本區(qū)具備應(yīng)用瞬變電磁法解決前述水文地質(zhì)問題的前提條件。2工作方法

1.1觀測(cè)方式

觀測(cè)系統(tǒng)采用中心回線瞬變電磁深測(cè)法（MULTEM）。接收線圈置于發(fā)射線框的中心點(diǎn)，由氣泡調(diào)整至水平位置。發(fā)射線框盡量擺放在一個(gè)水平面上，四個(gè)角的位置可根據(jù)地形情況靈活放置，整個(gè)線框不必拘泥于某一個(gè)特定的方位。

1.2儀器選擇

本次瞬變電磁測(cè)深（MULTEM）使用的是加拿大鳳凰公司的T4發(fā)射機(jī)，采用4塊12V電瓶作為供電電源；V8多功能電磁勘探系統(tǒng)為接收機(jī)。該系統(tǒng)由T4發(fā)射25Hz的方波電流，供電電流為10～13安。測(cè)量采用中心回線方式，發(fā)射線框?yàn)?00米。

1.3MULTEM時(shí)窗參數(shù)

MULTEM方法測(cè)量二次場(chǎng)的衰減曲線，時(shí)間窗口從0.089ms至7.1ms；0.26825至21.30765ms各有20個(gè)時(shí)間窗口。詳細(xì)參數(shù)見表2：

1.4點(diǎn)、線距的選擇

選擇原則是以能發(fā)現(xiàn)有意義的最小異常，且能在最小異常體上至少有3個(gè)物理點(diǎn)來控制。對(duì)于本次工作選擇的點(diǎn)距為100米；線距施工中根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。

1.5確定系統(tǒng)參數(shù)的方法試驗(yàn)

瞬變電磁測(cè)深法的特點(diǎn)之一是可針對(duì)不同深度的地質(zhì)目標(biāo)體，采用不同的裝置設(shè)置和參數(shù)設(shè)置，以便觀測(cè)裝置與地電目標(biāo)最佳耦合，從而達(dá)到最佳勘探深度和分辯率。為了獲取最佳參數(shù)設(shè)置，在野外施工前，進(jìn)行野外方法試驗(yàn)。

2　物探資料地質(zhì)解釋

項(xiàng)目區(qū)巖性主要為泥巖，玄武巖及第四系地層。圖2反演電阻率斷面圖上的電阻率基本可劃分為三個(gè)電性層，低電阻率地層為泥巖或砂質(zhì)泥巖，中等電阻率地層為破碎玄武巖或氣孔玄武巖，為較好的含水地層。高電阻率地層為完整玄武巖地層，為不含水或弱含水層。

通過對(duì)圖1反演電阻率斷面圖分析研究，發(fā)現(xiàn)在426-428點(diǎn)附近，左右側(cè)電阻率梯度較大，電阻率為中等，并結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料以及前期水文地質(zhì)調(diào)查成果，推測(cè)該處為斷層破碎帶或巖性接觸帶，含水層特征較明顯。此處是布設(shè)鉆孔的有利位置。

圖1　L40線反演電阻率斷面及地質(zhì)解釋斷面圖

3　實(shí)際效果評(píng)價(jià)

經(jīng)水文地質(zhì)鉆探證實(shí)，在74-138米處見破碎玄武巖，玄武巖氣孔連通性較好，發(fā)育兩組裂隙，一組與巖芯中軸線夾角30°，裂隙密度5條/米；一組與巖芯中軸線夾角45°，裂隙密度8條/米，裂隙寬度較寬，且不閉合，沿裂隙面敲開，裂隙面可見水銹。141米以下玄武巖巖芯完整，裂隙不發(fā)育。該孔鉆至145米后終孔。經(jīng)抽水試驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)降深為50米的時(shí)候，鉆孔涌水量為296m3/d。

總體而言，水文地質(zhì)鉆探和抽水試驗(yàn)的成果與本次瞬變電磁法取得的成果都有著較好的對(duì)應(yīng)，證明了該方法在嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查中是行之有效的。

4　結(jié)論

（1）本次嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查工作采用了中心回線瞬變電磁深測(cè)法，采用不接地回線發(fā)射、接收信號(hào)，避免了場(chǎng)地條件的約束。查清了主要斷裂構(gòu)造的分布與產(chǎn)狀，劃分了垂向電性分層。

（2）結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料以及前期水文地質(zhì)調(diào)查成果，對(duì)瞬變電磁反演電阻率斷面圖進(jìn)行了地質(zhì)解釋。通過與水文地質(zhì)鉆探及抽水試驗(yàn)成果進(jìn)行對(duì)比分析，證實(shí)了瞬變電磁物探成果的準(zhǔn)確性。

（3）通過本次物探工作，證明了瞬變電磁法在嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查中能夠取得較好的效果；在今后工作中，還應(yīng)當(dāng)對(duì)該方法進(jìn)行深入研究和實(shí)踐工作，以使其能夠發(fā)揮更大的作用。

P641.4+3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-161-1

宋全（1986～），男，助理工程師，研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)。