激電測(cè)深法在地下水勘查中的研究與應(yīng)用

何榮勝　王安平　閆柳州

摘 要：激電測(cè)深法是一種典型的地球物理勘探方法，在金屬礦勘探及地下水勘查中起著十分重要的作用。本文在研究區(qū)域內(nèi)通過(guò)激電測(cè)深法，獲得了研究區(qū)域的視電阻率數(shù)據(jù)，并通過(guò)廣義線(xiàn)性反演方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解釋?zhuān)@得了視電阻率的反演成果圖，從中圈定出了異常帶位置，為后期的鉆探工作提供了可靠的支撐。

關(guān)鍵詞：地下水勘查；激電測(cè)深法；廣義線(xiàn)性反演；視電阻率；視極化率

中圖分類(lèi)號(hào)：P631.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）10-0171-02

激電測(cè)深法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的尋找地下水的新方法，并已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。目前，地下水勘探的研究熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：

如一些學(xué)者認(rèn)為激發(fā)極化法具有可以不受地形起伏影響、不受?chē)鷰r電性不均勻性影響、可測(cè)參數(shù)多、資料解釋方便等特點(diǎn)，結(jié)合電剖面法能大大提高井位確定正確率[1-3]；李杰等[4]認(rèn)為高密度電法是在巖溶地區(qū)來(lái)尋找含水低阻異常體的位置和形態(tài)的有效手段；孫健[5]認(rèn)為甚低頻電磁法、多參數(shù)和各種反演方法也都是用于完善地球物理方法找水的研究熱點(diǎn)。但是上述方法在確定含水層位置方面還受到局限。

本文在現(xiàn)有的鉆探工作基礎(chǔ)之上，針對(duì)工區(qū)內(nèi)可能的地下含水層位和可能的裂隙帶的分布狀況，并結(jié)合激電測(cè)深法進(jìn)行了野外激電測(cè)深工作，成功推斷出了工區(qū)內(nèi)的可能含水層及裂隙帶位置。

1 方法原理

1.1 激電測(cè)深法理論基礎(chǔ)

對(duì)稱(chēng)四極測(cè)深方法是研究激電測(cè)深的主要方法之一，其目的是用于探查地下不同深度范圍內(nèi)的垂向電性變化。對(duì)稱(chēng)四極測(cè)深裝置如圖1所示，在地面的一個(gè)測(cè)深點(diǎn)上（即測(cè)量電極MN的中點(diǎn)），通過(guò)逐次加大供電電極AB極距的大小，測(cè)量同一測(cè)量點(diǎn)上的不同AB極距的極化率、充電率或者幅頻率的值，研究這個(gè)測(cè)深點(diǎn)下不同深度的地質(zhì)斷面情況。供電電極A、B在測(cè)點(diǎn)兩側(cè)沿反向向外移動(dòng)，測(cè)量電極M、N同時(shí)移動(dòng)。

便得到新的預(yù)測(cè)模型參數(shù)向量。其中μ為修正步長(zhǎng)，可由黃金分割線(xiàn)性搜索的方式得到。重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直至實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)之間的平均均方誤差滿(mǎn)足要求為止，反演過(guò)程結(jié)束。

1.3 理論模型實(shí)驗(yàn)

首先設(shè)計(jì)一個(gè)理論模型并應(yīng)用上述方法進(jìn)行正演反演實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證這一方法的可行性，并應(yīng)用到后續(xù)的實(shí)際資料處理中。假設(shè)地下空間介質(zhì)均勻，并存在一個(gè)球形的低阻異常體：地下均勻空間介質(zhì)的電阻率為100，圓形低阻異常體的半徑為5m，異常體中心深度為10m，圓形低阻異常體的電阻率為44.7，圓形低阻異常體的相對(duì)電阻率為0.447。

應(yīng)用上述理論模型，對(duì)模型進(jìn)行正演模擬，得到如圖2所示的低阻異常體主剖面視電阻率異常分布圖和低阻異常體視電阻率異常平面分布圖。

從圖2（a）中所示低阻異常體的球心上方存在極小值，兩側(cè)視電阻率大于背景電阻率且存在極大值；圖2（b）等值線(xiàn)圖關(guān)于原點(diǎn)中心對(duì)稱(chēng)，對(duì)于低阻異常體，在球體正上方表現(xiàn)出負(fù)異常，且在異常體附近，等值線(xiàn)的分布較為密集，視電阻率變化較大。對(duì)所得正演結(jié)果應(yīng)用廣義線(xiàn)性反演原理進(jìn)行反演分析，得到如圖3所示的反演剖面。由圖3反演剖面中可以清晰的判斷出在測(cè)線(xiàn)中心處，視電阻率變化明顯，中間低阻兩邊為高阻狀態(tài)，為低阻體位置。且可以大致判斷出低阻體位于地下的深度，這一判斷與理論設(shè)定相符合一致。因此可以基于廣義線(xiàn)性反演的激電測(cè)深方法進(jìn)行地下異常的推斷。

2 實(shí)際應(yīng)用

通過(guò)對(duì)野外采集的工區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)采用極化率數(shù)據(jù)的廣義線(xiàn)性反演方法進(jìn)行反演，得到視電阻率反演成果圖如圖4所示。

圖4可以看出：在視電阻率反演斷面上淺部出現(xiàn)一個(gè)低電阻率異常帶，在深部出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)中等視電阻率異常帶，異常寬度埋深亦在100～120米，重點(diǎn)區(qū)域埋深在100～110米。

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用激電測(cè)深法，結(jié)合廣義線(xiàn)性反演理論，在工區(qū)內(nèi)進(jìn)行地下水勘查的過(guò)程中，分析得到3點(diǎn)認(rèn)識(shí)：（1）激電測(cè)深法可以在工區(qū)內(nèi)有效預(yù)測(cè)可能的含水層位置和裂隙帶的發(fā)育狀。（2）采用廣義線(xiàn)性反演方法可以推斷含水層位，證明了此方法的有效性。

參考文獻(xiàn)

[1]朱旭東.激發(fā)極化法在地下水勘探中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2004，（4）：58-61.

[2]張彬，陳小瑋，張海榮.激發(fā)極化法在礦井地下水勘探中的應(yīng)用研究[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2012，（5）：1004-1007.

[3]蘭干江，王舉平，李海良，等.物探技術(shù)在湘西南巖溶丘陵區(qū)地下水勘查中的應(yīng)用[J].山東國(guó)土資源，2016，（4）：64-68.

[4]李杰.高密度電法勘探在巖溶地區(qū)地下水勘查中的應(yīng)用[J].大科技，2016，（12）：107-108.

[5]孫健.淺析甚低瀕電磁法在地下水勘探中的應(yīng)用[J].低碳世界，2015，（24）：107-108.