瞬變電磁法在?？扑吹厮牡刭|(zhì)勘察中的應(yīng)用

劉才華，姚惠明，祁國(guó)玉，喬漢青，邢慧婷

(1.中陜核工業(yè)集團(tuán)二一四大隊(duì)有限公司，陜西 西安 710054；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000；3.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130026)

工業(yè)用水成為高原地區(qū)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(diǎn)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(shè)備笨重作業(yè)不便等問(wèn)題嚴(yán)重影響了物探的工作效率和結(jié)果的可靠程度。

為避免上述問(wèn)題提高工作效率和探測(cè)結(jié)果的可靠程度本文采用瞬變電磁法來(lái)探測(cè)工區(qū)內(nèi)測(cè)線下方第四系覆蓋層厚度變化和含水層富水區(qū)位置，為下一步水源地工程勘察提供依據(jù)。

1 工區(qū)概況

工區(qū)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(qū)內(nèi)由北西向穿過(guò)，處于大夏河上游西秦嶺地區(qū)甘南高原與黃土高原過(guò)渡帶，屬河谷地貌。大地構(gòu)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(qū)甘南高原與黃土高原過(guò)渡帶，地形地貌屬大夏河上游河谷地貌，河谷兩側(cè)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(zhì)砂礦。

河谷階地和?？撇菰氨辈壳鹆瓯聿繛榈谒南等陆y(tǒng)和上更新統(tǒng)沖洪積粉土及砂礫卵礦。兩側(cè)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(jí)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(jí)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(jí)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(jiǎn)稱(chēng)TEM)是一種建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的時(shí)間域人工源電磁探測(cè)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(fā)送一次脈沖磁場(chǎng)(通常稱(chēng)為一次場(chǎng))，在其激發(fā)下，地下地質(zhì)體中激勵(lì)起的感應(yīng)渦流將產(chǎn)生隨時(shí)間變化的感應(yīng)電磁場(chǎng)(通常稱(chēng)為二次場(chǎng))。

由于二次場(chǎng)包含地下地質(zhì)體豐富的地電信息，在一次脈沖磁場(chǎng)的間歇期間，利用線圈或接地電極觀測(cè)二次場(chǎng)(或響應(yīng)場(chǎng))，通過(guò)對(duì)這些響應(yīng)信息的提取和分析，從而達(dá)到探測(cè)地下地質(zhì)體的目的[5]。

3 野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理

根據(jù)工作區(qū)地質(zhì)情況，采用中心回線裝置，通過(guò)野外實(shí)地工作試驗(yàn)結(jié)果，本次瞬變電磁數(shù)據(jù)采集使用單匝8m×16m發(fā)射線圈和等效面積3000m2接收線圈，發(fā)射電流20A，發(fā)射基頻25Hz，增益2，疊加次數(shù)32次。

野外地質(zhì)采集過(guò)程中嚴(yán)格控制采集質(zhì)量，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中對(duì)采集質(zhì)量不合格測(cè)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)濾波處理，導(dǎo)入瞬變電磁處理軟件(Version 3.0.1.0)中，在該軟件中導(dǎo)入測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)、發(fā)射線圈參數(shù)(邊長(zhǎng)、匝數(shù)、發(fā)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(shí)窗參數(shù)等，完成漢克爾積分后，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，繪制多測(cè)道曲線，進(jìn)行一維反演獲得視電阻率—深度擬斷面圖。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)測(cè)量、地質(zhì)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(cè)線剖面的綜合解釋圖（即視電阻率—深度擬斷面圖和地質(zhì)解釋圖）。

4 資料解釋

根據(jù)已知井位區(qū)鉆孔資料和此套瞬變電磁采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理結(jié)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(dāng)砂礫卵石層含泥質(zhì)較高時(shí)，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(zhì)多少、厚度密切相關(guān)，鉆井涌水量隨著砂礫卵石層（含水層）含泥質(zhì)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(zhì)越少，厚度越大。

（4）經(jīng)過(guò)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)瞬變電磁法處理結(jié)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(shù)的合理性和探測(cè)結(jié)果的可靠性。

根據(jù)水源地已知井位試驗(yàn)剖面綜合分析結(jié)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(jié)合水源地水文地質(zhì)資料及實(shí)地調(diào)查情況，推測(cè)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(jié)合水源地水文地質(zhì)資料及實(shí)地調(diào)查情況，推測(cè)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(zhì)較少，富水性較好。

圖1 剖面綜合斷面圖

5 結(jié)論和建議

綜上所述，本文可得以下結(jié)論：

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

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

（3）此套瞬變電磁采集系統(tǒng)儀器輕便，數(shù)據(jù)采集效率高，充分發(fā)揮了瞬變電磁法在河漫灘及沼澤地區(qū)域數(shù)據(jù)采集的優(yōu)勢(shì)和潛力；

根據(jù)本文剖面控制范圍內(nèi)地層電性結(jié)構(gòu)及垂向分布特征，結(jié)合水源地水文地質(zhì)資料及實(shí)地調(diào)查情況，推測(cè)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。