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，能夠不受場地限制較為有效地采集到有效信號，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。本文通過對內(nèi)蒙古高原嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查工作中實例進(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，避免了場地條件的約束，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　項目概況

項目區(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，地下水的補給來源仍主要依靠大氣降水的滲入補給。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給，由于降水量少，補給源不足，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，會呈現(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觀測方式

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

1.2儀器選擇

本次瞬變電磁測深（MULTEM）使用的是加拿大鳳凰公司的T4發(fā)射機，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。該系統(tǒng)由T4發(fā)射25Hz的方波電流，供電電流為10～13安。測量采用中心回線方式，發(fā)射線框為100米。

1.3MULTEM時窗參數(shù)

MULTEM方法測量二次場的衰減曲線，時間窗口從0.089ms至7.1ms；0.26825至21.30765ms各有20個時間窗口。詳細(xì)參數(shù)見表2：

1.4點、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個物理點來控制。對于本次工作選擇的點距為100米；線距施工中根據(jù)實際情況靈活調(diào)整。

1.5確定系統(tǒng)參數(shù)的方法試驗

瞬變電磁測深法的特點之一是可針對不同深度的地質(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。

2　物探資料地質(zhì)解釋

項目區(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。

通過對圖1反演電阻率斷面圖分析研究，發(fā)現(xiàn)在426-428點附近，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　實際效果評價

經(jīng)水文地質(zhì)鉆探證實，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)抽水試驗證實，當(dāng)降深為50米的時候，鉆孔涌水量為296m3/d。

總體而言，水文地質(zhì)鉆探和抽水試驗的成果與本次瞬變電磁法取得的成果都有著較好的對應(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法，采用不接地回線發(fā)射、接收信號，避免了場地條件的約束。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)鉆探及抽水試驗成果進(jìn)行對比分析，證實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)對該方法進(jìn)行深入研究和實踐工作，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，研究方向為水文地質(zhì)。