瞬變電磁法在桑科水源地水文地質勘察中的應用

劉才華，姚惠明，祁國玉，喬漢青，邢慧婷

(1.中陜核工業集團二一四大隊有限公司，陜西 西安 710054；2.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北 廊坊 065000；3.吉林大學地球探測科學與技術學院，吉林 長春 130026)

工業用水成為高原地區人們生活不可缺少的重要資源。在河谷河漫灘或沼澤地一般高密度電阻率法點距較密工作效率低施工不便，水上地震反射波、折射波法等存在檢波器接地耦合效果差、儀器設備笨重作業不便等問題嚴重影響了物探的工作效率和結果的可靠程度。

為避免上述問題提高工作效率和探測結果的可靠程度本文采用瞬變電磁法來探測工區內測線下方第四系覆蓋層厚度變化和含水層富水區位置，為下一步水源地工程勘察提供依據。

1 工區概況

工區位于夏河縣城西南約220°方位，直線距離約23km，312省道在工作區內由北西向穿過，處于大夏河上游西秦嶺地區甘南高原與黃土高原過渡帶，屬河谷地貌。大地構造位置上屬于昆侖～秦嶺褶皺系西秦嶺褶皺帶，地層處于大夏河上游西秦嶺地區甘南高原與黃土高原過渡帶，地形地貌屬大夏河上游河谷地貌，河谷兩側為三疊系海相和濱海相砂礦體、板礦體及泥灰礦及第三系泥礦、泥質砂礦。

河谷階地和桑科草原及北部丘陵表部為第四系全新統和上更新統沖洪積粉土及砂礫卵礦。兩側為深切割的高山，中間河谷地帶較寬闊，河谷寬約500m～1000m，兩岸分布有Ⅰ—Ⅴ級階地，階地呈帶狀分布，階面平緩，地形坡度一般小于16°左右，中央河床呈蛇曲狀分布，河床寬約5m～15m，水流湍急；河漫灘高于河床0.3m左右，南岸寬約110m～210m，北岸寬約40m～200m，由砂礫卵石組成，I級階地前緣高0.5m～1.0m，南岸寬約110m～120m，北岸寬約60m～140m，由粉土及砂礫卵石組成；Ⅱ級階地前緣高1m左右，南岸寬約250m～280m，北岸寬約50m～60m，由粉土及砂礫卵石組成。

2 瞬變電磁法基本原理

瞬變電磁法(簡稱TEM)是一種建立在電磁感應原理基礎上的時間域人工源電磁探測方法[1-4]。

它利用不接地回線(磁源)或接地線源(電偶源)向地下發送一次脈沖磁場(通常稱為一次場)，在其激發下，地下地質體中激勵起的感應渦流將產生隨時間變化的感應電磁場(通常稱為二次場)。

由于二次場包含地下地質體豐富的地電信息，在一次脈沖磁場的間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次場(或響應場)，通過對這些響應信息的提取和分析，從而達到探測地下地質體的目的[5]。

3 野外地質數據采集以及數據處理

根據工作區地質情況，采用中心回線裝置，通過野外實地工作試驗結果，本次瞬變電磁數據采集使用單匝8m×16m發射線圈和等效面積3000m2接收線圈，發射電流20A，發射基頻25Hz，增益2，疊加次數32次。

野外地質采集過程中嚴格控制采集質量，數據處理過程中對采集質量不合格測點進行適當濾波處理，導入瞬變電磁處理軟件(Version 3.0.1.0)中，在該軟件中導入測點坐標、發射線圈參數(邊長、匝數、發射電流)、接收線圈等效面積、裝置形式(中心回線)、漢克爾積分時窗參數等，完成漢克爾積分后，再對數據進行濾波，繪制多測道曲線，進行一維反演獲得視電阻率—深度擬斷面圖。在此基礎上，根據相關測量、地質和鉆探等資料做必要的校正等處理。最后在Surfer軟件中繪制該測線剖面的綜合解釋圖（即視電阻率—深度擬斷面圖和地質解釋圖）。

4 資料解釋

根據已知井位區鉆孔資料和此套瞬變電磁采集系統數據處理結果可知。

（1）砂礫卵石層（含水層）反演電阻率范圍一般為10-24，當砂礫卵石層含泥質較高時，反演電阻率可能大于24；泥巖層反演電阻率范圍一般大于24，粉土層反演電阻率范圍一般小于10；

（2）含水層的富水性與含水層含泥質多少、厚度密切相關，鉆井涌水量隨著砂礫卵石層（含水層）含泥質增加而減小，隨著砂礫卵石層（含水層）厚度增加而增大。

（3）鉆井位置越接近河漫灘，砂礫卵石層（含水層）含泥質越少，厚度越大。

（4）經過比對，發現瞬變電磁法處理結果的視電阻率特征與已知鉆孔資料吻合，表明了本文使用此套采集參數的合理性和探測結果的可靠性。

根據水源地已知井位試驗剖面綜合分析結果及剖面綜合斷面圖（圖1）可知：沿剖面方向電阻率變化不大，沿剖面垂直方向由上至下電阻率值由小變大，電阻率值變化范圍 在10Ω?m～54Ω?m，剖 面0m～185m及350m～615m段，高程3176m～3200m，存在2段低阻層，電阻率14Ω?m～16Ω?m，結合水源地水文地質資料及實地調查情況，推測該層為第四系地表粉土，層厚約0.5m～3m；剖面全段，高程3176m～3194m，電阻率10Ω?m～24Ω?m，結合水源地水文地質資料及實地調查情況，推測該層為第四系砂礫卵石層，層厚約10m～17m，是主要含水層，該含水層厚度較大，在170m～340m段上部電阻率較低，表明含泥質較少，富水性較好。

圖1 剖面綜合斷面圖

5 結論和建議

綜上所述，本文可得以下結論：

（1）本文水源地勘查應用瞬變電磁法比較準確地查明了第四系覆蓋層厚度變化、含水層富水區位置；

（2）在2處已知井位采集處理結果與實際鉆井資料吻合，證明了本套儀器和采集參數的可靠性；

（3）此套瞬變電磁采集系統儀器輕便，數據采集效率高，充分發揮了瞬變電磁法在河漫灘及沼澤地區域數據采集的優勢和潛力；

根據本文剖面控制范圍內地層電性結構及垂向分布特征，結合水源地水文地質資料及實地調查情況，推測TEM1剖面170m～340m段為水源地第四系砂礫卵石層含水層富水段，建議這兩段可以作為水源地水井井位。