EH4电磁成像系统在云南干旱地区地下水勘查中的应用

李 磊，王新建，马安丽

(安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州234000)

近年来，云南等西南山区气候干燥，常年降雨量稀少，该地区地形条件复杂，地下水资源的分布复杂，找水难度大，水资源问题较为严重。为解决云南干旱缺水地区的旱情，改善缺水地区人民的基本生活、生产条件，缓解农牧业、城市和工业用水，改善生态环境，促进山区经济的可持续发展，积极引进在地下水勘查方面表现突出的新型物探仪器——Stratagem TM EH4(下称EH4)电磁成像系统，在云南进行了地下水文地质勘查工作，并取得了显著的应用效果。

1 EH4电磁成像系统

1.1 基本原理

EH4电磁成像系统属于部分可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深系统。它利用大地电磁的测量原理，通过发射和接收电磁波进而获得探测区域内介质的电阻率或电导率。深部构造通过天然背景场源成像(MT)，其信息源为10 Hz～100 kHz;浅部构造则通过一个新型的便携式低功率发射器发射1～100 kHz人工电磁讯号，补偿天然讯号的不足，获得高分辨率的成像[1－6]。

基本假设是将大地看作水平介质，大地电磁场是垂直投射到地下的平面电磁波，则在地面上可观测到相互正交的电磁场分量为Ex，Hy;Hx，Ey。通过测量相互正交的电场和磁场分量，可确定介质的电阻率值。相应的计算公式为:

式中:f为频率，(Hz)，ρ为电阻率，(Ω·m)。由于地下介质的不均匀性，计算出的ρ值称为视电阻率值。探测深度在理论上为一个趋肤深度δ。

上式表明，电磁波的透入深度随电阻率的增加和频率的降低而增大。

1.2 数据采集

该系统的数据采集方式是时域采集，然后进行傅立叶变换，转化为频率域信号。EH4野外数据采集装置如图1所示。

数据采集过程是记录测点信息，测量参数，以及记录测量数据。数据采集就是通过记录这些过程来完成的。每个过程在一个特定频带中由一个或多个时间时间序列组成。在最后一个测量结束后，每个过程中采集的数据都存储在时间序列文件中，并且经过不完全处理，对于所有的记录都存储为累计的“叠加”互功率谱结果，在每个采集过程结束后将显示每次“叠加”所得到的阻抗结果。

图1 野外数据采集装置示意图

1.3 数据处理与分析

数据处理与分析是用于回放采得频谱结果和重新计算时间序列互功率谱。数据处理包括实时处理和后续处理，其具体的数据处理流程如图2。

其中实时处理，是根据每个测点给出的视电阻率、相位、相关度及振幅曲线，进行数据质量的实时分析，并在现场进行拟二维反演解释。

后续处理是在野外工作结束后在室内完成的一项工作，具体包括:

(1)干扰信号剔除:对采集的时间序列信号进行编辑后直接剔除发生畸变的信号;对视电阻率曲线进行编辑，直接删除个别跳跃较大的频点;(2)二维反演，形成关于电阻率数值的.dat文件;(3)在实际测量时，由于地形的局限性，反演剖面需做相应的地形校正;(4)当形成电阻率数值后，一般可以采用surfer软件进行网格化并形成电阻率等值线图。

1.4 EH4电磁成像系统特点

EH4电磁成像系统与其他物探方法相比，其勘探特点主要表现在:(1)应用大地电磁法的原理，且使用人工电磁场和天然电磁场两种场源，因此可以获得连续的有效信号;(2)既具有有源电磁法的稳定性，又具有无源电磁法的节能和轻便;(3)能同时接收和分析X、Y两个方向的电场和磁场，反演X－Y电导率张量剖面，对判断二维构造特别有利;(4)仪器设备轻便，观测时间短，易实现密点连续测量，进行连续观察;(5)系统对数据进行实时处理和显示，资料解释简捷，图像直观，便于勘查找水过程中资料的及时对比 。

图2 EH4数据处理流程

2 找水勘查应用

2.1 勘查实例

实例1江川县安化乡是典型的山区乡镇，山区地形复杂，传统的找水物探技术很难在该地区展开施工。面对当时持续不绝的干旱，当地干部群众更是一筹莫展。本次采用新型的找水物探技术方法EH4电磁成像技术，在该乡布置了EH4测线平面位置示意图(图3)及3条EH4测线，现选择其中的一条测线进行说明。通过L1测线电阻率剖面(图4)可以看出，本次EH4系统勘探剖面深度到350m，L1线岩层电阻率分布成层特性明显，且在90～160m深度出现低电阻率区，其电阻率值低于30，为相对低阻异常区，这是进行钻井位置设计的依据。据此，在L1测线8号测点位置设计了水井钻孔。

图3 安化乡招坝村EH4测线平面位置示意图

实例2 开远市羊街乡位于盆地内，地层为第四系粘土、砂质粘土和新第三系泥质灰岩，富水性弱，含有少量孔隙水。该地区也是常年干旱缺水，本次在羊街明德小学附近布置了1条EH4测线。

从图中可以看出，在测线上2号至4号测点之间30m深度以下出现明显的低阻异常区，其电阻率值低于10，因此确定为主要的找水区段，设计了相应的钻孔井位。

2.2 钻井出水验证

根据EH4探测的结果，在江川县安化乡水井深度130m，自流井水量400m3/d;在云南开远市羊街乡卧龙谷村委会明德小学成功打出第一口深水井。该水井深196m，出水量约200m3/d，出水后，基本能满足附近村庄用水的需求。这一结果深受当地人民称赞，切实为他们解决了实际问题。

图4 招坝村L1线EH4电阻率断面图

图5 探测测线的电阻率剖面图

3 结论

通过采用EH4电磁成像系统在云南干旱山区的找水应用，表明该方法能够较准确地划分出含水岩层并能区分出其他电阻率相近地层。该系统仪器轻便，测量速度较快，应用方便，工作效率高，是一种有效的找水方法，具有较好的应用前景，为干旱地区找水提供了一种行之有效的技术方法。但需要注意的是，在干旱山区数据采集时应加强对地形条件的分析与校正，为钻井井位及深度确定提供更为可靠的技术参数。

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