音頻大地電磁測深在水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

李紹銅，郭祥旭

(黑龍江省生態(tài)地質(zhì)調(diào)查研究總院，哈爾濱 150030)

前第四系孔隙裂隙承壓水的尋找在水資源貧乏區(qū)意義重大。沉積盆地巖性地層的地球物理特征主要表現(xiàn)為相對高阻性和相對富水性。音頻大地電磁測深工作方法適應(yīng)不同深度的水文地質(zhì)勘察和地質(zhì)調(diào)查。以松嫩平原北部某地區(qū)為例，推測工作區(qū)前第四系含水層的分布范圍、厚度等水文地質(zhì)特征，將物探勘察成果進行反推演算，與水文地質(zhì)測繪和鉆探工作進行科學(xué)比對、驗證。

1 工作區(qū)范圍及工作量布置

工作區(qū)位于松嫩平原北部，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。為查明前第四系孔隙裂隙含水層分布區(qū)，布置相應(yīng)的地球物理勘察工作，設(shè)計2條典型勘測線、39個音頻大地電磁測深點，根據(jù)典型特征做了5個直流電阻率電測深點。

2 工作方法

本次音頻大地電磁測深使用的是加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8電磁法儀，所有點采用電道“十字”部極方式。磁道使用的磁棒布設(shè)在電道電線劃分的不同“象限”內(nèi)。使用森林羅盤確定電道Ex、Ey，磁道Hx、Hy的方向。電道Ex、Ey長度均超過50 m，并每點記錄長度。電道線使用屏蔽線，接地電阻小于2 000 Ω，并且測量每個點上Ex、Ey的直流電壓以及交流電壓。測量直流電壓判斷不極化電極是否能用，測量交流電壓判斷此點干擾程度是否適合AMT測量。電極線隔段使用土埋，防止因為晃動產(chǎn)生電位差影響測量精度。磁棒距離儀器均大于15 m。磁棒使用水平尺，確定磁棒保持水平。磁棒埋入土中30 cm，在比較難開挖的地點用土埋上，防止因為風(fēng)產(chǎn)生晃動，影響測量精度。儀器測量時間均超過20 min鐘。本次使用一臺主機及兩臺輔助道盒子，采用共用磁道方式進行測量，輔助道盒子距離最遠處主機磁道距離不超過2.5 km。

數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查采用“一同三不同”。用同點位、不同儀器、不同操作員、不同時進行。

3 數(shù)據(jù)處理及成果解釋

3.1 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理分為數(shù)據(jù)預(yù)處理和反演兩個部分。本次音頻大地電磁測深使用的是V8設(shè)備專用的MT EDITER軟件進行預(yù)處理。V8采集的AMT數(shù)據(jù)，每個頻點采集次數(shù)均超過3個。通過MT EDITER軟件對每個頻點采集的數(shù)據(jù)刪減進而圓滑曲線。針對一些干擾較大的點，對部分頻點進行了刪除，對于儀器性能接近極限頻點數(shù)據(jù)進行刪除處理。反演處理使用成都理工大學(xué)開發(fā)的MTSOFT 2D軟件進行二維反演。

3.2 成果解釋

對本區(qū)進行音頻大地電磁測深得到的電阻率值普遍較低，故進行了5個點的直流電測深工作。選擇標(biāo)準(zhǔn)是在二維反演基礎(chǔ)上，圖上電阻率比較大的和比較低的點進行直流電阻率測深測量，具體情況見表1。

表1 電阻率測深成果

通過本次電阻率測深得出本區(qū)地下200 m以上電阻率值比較低。根據(jù)與AMT反演剖面對比，對比典型地層L20剖面上2004號點。AB/2在30～150 m的區(qū)間內(nèi)視電阻率均高于20 Ω·m，對應(yīng)的圖上的電阻率值為0.6，超過0.6的電阻率區(qū)間應(yīng)該高于20 Ω·m。另外，觀察2條剖面0.6的電阻率，普遍存在于深度50～150 m的范圍內(nèi)，故推斷對應(yīng)的電阻率高于20 Ω·m。

本區(qū)測深點在圖上顯示是0號點代表本條剖面1號點，圖上10號點代表剖面2號點，故圖上150號點代表剖面上16號點。縱向上標(biāo)高起始標(biāo)高大致為250 m左右，到0處深度大概為250 m，整圖的測深深度統(tǒng)一為500 m。

L20剖面在30號點處設(shè)置了直流電測深點，點號為2004，正是在AB/2為30～150 m的區(qū)間內(nèi)視電阻率均高于20 Ω·m，對應(yīng)的圖上的電阻率值為0.6，以此作為整個項目重要的推斷。在圖上40～150號點(實際點號為2005～2016)頂板深度大于30～50 m范圍內(nèi)存在一個連續(xù)的電性層，厚度為30～50 m，推斷為泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、細砂巖、粉砂巖等。

L40剖面0～10號點(實際點號為4001～4002)，頂板深度為20 m左右，厚度為30～40 m，推斷為泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、細砂巖、粉砂巖等。對應(yīng)的是80～110號點(實際點號為4009～4012)頂板深度為20～30 m，厚度為30～40 m，推斷為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、細砂巖、粉砂巖等。本條剖面10～30號點(實際點號為4002～4004)埋深在120 m，厚度超過80 m，推斷為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、細砂巖、粉砂巖等。本條剖面70～100號點(實際點號為4008～4011)，埋深在120 m厚度超過80 m，推斷為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、細砂巖、粉砂巖等。

圖1 L20剖面TE方向反演圖

圖2 L20剖面TM方向反演圖

圖3 L40剖面TE方向反演圖

圖4 L40剖面TM方向反演圖

4 含水性分析

4.1 音頻大地電磁測深測量結(jié)果

本次野外工作工區(qū)范圍內(nèi)，根據(jù)實際測量所得，在地表以下50～150 m空間范圍內(nèi)存在著相對電阻率比較高的地質(zhì)體，根據(jù)此區(qū)域的地下水補給情況，從小興安嶺往西側(cè)補給，地下水補給應(yīng)該充足。

4.2 水文地質(zhì)測繪和鉆探工作結(jié)果

根據(jù)水文地質(zhì)鉆探工作揭露，工作區(qū)水源地主要開采層位為60～90 m、105～125 m、130～160 m，與音頻大地電磁測深測量結(jié)果基本吻合。

工作區(qū)地下水類型如下：

a.碎屑巖類明水組粉細砂巖孔隙裂隙承壓水。

主要分布于勘查區(qū)東部廣大地區(qū)，含水層為白堊系明水組泥質(zhì)砂巖、粉細砂巖、細砂巖，一般單層厚度5～8 m，累計厚度15～44 m，單丼涌水量一般300～600 m3/d。

b.碎屑巖類依安組粉細砂巖、砂礫巖孔隙裂隙承壓水。

主要分布于勘查區(qū)西南部、西北部大部分地帶，含水層為古近系始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)依安組泥質(zhì)砂巖、細砂巖、砂礫巖，以細砂巖和泥質(zhì)砂巖分布范圍較大，呈多層分布，單層厚度變化較大，一般為1.2～26.6 m，累計厚度5～45 m，單丼涌水量500～1 560 m3/d。

經(jīng)本次勘查，在本地區(qū)發(fā)現(xiàn)了始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)依安組以河流相為主的夾湖相的粗碎屑沉積，主要為弱膠結(jié)的砂礫巖及粗砂巖，厚度達9～26 m，呈條帶狀由東向西延伸，為地下水賦存提供了良好空間。

5 結(jié)論

本次音頻大地電磁測深測量結(jié)果和水文地質(zhì)鉆探工作成果基本吻合。通過綜合分析，區(qū)內(nèi)地層主要為白堊系明水組和古近系依安組。古近系依安組和白堊系明水組含水層在勘查區(qū)均有分布，厚度變化較大。勘查區(qū)北部依安組砂巖砂礫巖厚度大，向南逐漸變薄，而明水組砂巖相對變厚。依安組砂巖、砂礫巖和明水組砂巖、粉細砂巖構(gòu)成區(qū)內(nèi)主要含水巖組，該含水巖組富含碎屑巖裂隙孔隙承壓水，透水性好，滲透系數(shù)(K)一般為0.81～14.06 m/d，具備良好的集中供水前景。

本次工作為集中供水水源地的劃定以及地下水開采方案的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，提高了勘察工作精度，為城鎮(zhèn)供水水源地的精準(zhǔn)勘察和規(guī)劃建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。