可控源音频大地电磁测深在浅部地下水勘查中的应用

张 威，王文国，孟银生，黄力军

（1.成都理工大学 地球物理学院，四川 成都 610059；2.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所，廊坊 河北 065000）

0 前言

在水文地质勘查中，可控源音频大地电磁测深法大多采用剖面或者面积性测量。根据实际地质情况，结合勘查区岩石和地层的电性特征，利用实测的反演电阻率进行地质推断解释，推断实测剖面通过地段理想的赋水位置，为采水（水文钻孔）工程提供可靠依据。

面对几年来国内一些地区出现的严重旱情，快速找水解决旱区用水，是我们义不容辞的责任和义务。开展应急抗旱救灾工作就是要求在最短的时间内寻找地下水，缓解旱区缺水问题。2011年初，我们接到中国地质调查局下达的工作任务，赴山东泰安开展物探找水工作。根据中国地质调查局任务书要求以及实际地质情况，我们采用可控源音频大地电磁测深方法，进行抗旱找水工作，取得了较好的实际应用效果。

文中作者以寻找寒武系碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙水为例，探讨可控源音频大地电磁测深法在浅部地下水勘查中的实际应用效果。

1 水文地质概况

根据勘查区域1∶200 000水文地质资料（见下页图1），工作区内主要赋水岩层情况五类：

1.1 松散岩类孔隙水

第四系（Q），山前残破积层出露位置较高，主要为砂质粘土、粘质砂土夹砾石，厚度小，无供水意义。山地丘陵沟谷中及山前的冲洪积、坡洪积，含水层为砂砾石夹粘土，常伏于黄土状砂质粘土之下，涌水量小。山间河谷平原含水层沿河两岸为冲积砂及砂砾石，赋水性相对较好。

1.2 碎屑岩孔隙裂隙水

主要为侏罗系（J），岩性为砂岩、砾岩、砂质页岩，赋水性中等。水量受季节变化控制明显。

1.3 碳酸盐岩岩溶裂隙水

主要为奥陶系（O），岩性为厚层灰岩、白云质灰岩，下部为竹叶状灰岩。裂隙岩溶较发育，但极为不均匀，且裂隙岩溶随着深度增加而减弱。

1.4 碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙水

寒武系（∈），主要为厚层鲕状灰岩、薄层灰岩、泥灰岩、竹叶状灰岩夹页岩。岩溶发育较差，其规律是沿不同岩性界面及构造带附近岩溶发育。

1.5 块状岩类裂隙水

主要岩性为片麻岩及各类火成岩。在中低山地区由于切割深，地形变化较大，以构造裂隙水为主。低山丘陵区地下水主要赋存于风化带内，风化带厚度20m～30m，分布极不均匀，赋水程度相对较差。

根据工作目的任务，我们以寻找碳酸盐岩以及碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙水为主要找水目标。

2 技术措施

可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）是以有限长接地偶极子为场源，在距偶极中心一定距离处同时观测电、磁场参数的一种电磁测深方法。其具有装置简单、观测的信号较强、信噪比较高，设备相对轻便、生产效率高的优点。这符合应急抗旱、迅速缓解旱情的要求。

图1 工作区水文地质图Fig.1 Hydrogeology map of work area

抗旱找水多以人畜饮用水以及灌溉用水为主，因此电法勘查以浅层储水构造为主，因此根据旱区实际地质地貌情况和地下水类型，可控源音频大地电磁测深法的主要技术指标如下：

供电电极距AB＝1 000m；

测量电极距MN＝50m；

测点距＝50m；

收发距r≥5 000m；

GDP32电法仪工作频率8Hz～8 196Hz；

反演深度＝500m。

可控源音频大地电磁测深工作使用GDP－32Ⅱ多功能电法仪接收机，供电采用GGT－30多功能发射机。

3 应用实例

根据野外实际水文地质调查结果和工作区地形地物情况，以及满足应急抗旱用水的同时，测线布设尽量与岩溶发育带或地质构造带相垂直。

根据常规电性资料，第四系和碎屑岩电阻率小于200Ω·m，碳酸盐岩夹碎屑岩电阻率为500Ω·m～1 000Ω·m，碳酸盐岩电阻率为1 000Ω·m～2 000Ω·m，块状岩石电阻率大于2 000Ω·m。因此，我们在该区采用电法进行勘查具有电性前提。

可控源音频大地电磁测深反演电阻率断面图，是可控源音频大地电磁测深方法地质解释的基本图件，测深地质解释根据可控源音频大地电磁测深反演电阻率断面内电阻率相对变化，结合已知地质资料进行综合解释。

3.1 断裂破碎带水应用实例

一号剖面工作区内出露上寒武统泥质条带状灰岩、馒头组紫红色页岩夹灰岩，岩层倾向北西西，并出露有中生代火成岩。根据地质条件和野外实际踏勘结果，构造走向为北东向。所以可控源测深剖面方向定为100°。

一号剖面可控源音频大地电磁测深综合断面图（见下页图2）。由图2可见，测深反演电阻率浅部电阻率相对较低，并随着深度增加逐渐升高，分别在x＝40m和x＝300m附近，出现两处电阻率横向间断现象，推断这两处电阻率横向间断为断裂（分别编号为F1和F2）产生，大致推断F1向东倾，F2向西倾。根据反演电阻率断面推断，剖面经过地段第四系很薄，第四系以下为碳酸盐岩夹碎屑岩类（∈）。根据地质资料综合推断，剖面内两断裂间岩石较为破碎，是开采地下水的最佳位置，建议在x＝50m和x＝300m之间布设水文钻井。综合考虑地质地貌等因素，物探工作完成以后在剖面x＝240m处布设开采水文孔。终孔孔深195m，涌水量2 400m3／d。

3.2 岩溶裂隙水应用实例

二号剖面南部为太古界条带状中细粒英云闪长岩，北部为寒武系馒头组页岩夹灰岩。西部有一条320°走向的压性断裂。推断测线在这条断裂产生的平行次生断裂上，根据抗旱用水需要及野外实际踏勘结果，测线按30°布设。

二号剖面可控源音频大地电磁测深勘查综合断面图（见下页图3）。由下页图3可见，可控源音频大地电磁测深反演浅部电阻率相对较低，随着深度增加，电阻率逐渐升高，分别在x＝180m、x＝300m附近出现二处微弱相对低阻带，推断这二微弱低阻带为岩溶裂隙带产生。在x＝460m附近出现电阻率横向间断，推断此处电阻率间断为断裂（编号为F）产生。根据反演电阻率断面和常规电性资料推断，剖面经过地段第四系很薄，第四系以下为碳酸盐岩夹碎屑岩类（∈），碳酸盐岩夹碎屑岩类下部存在块状岩类。根据地质资料综合推断，剖面内岩溶裂隙带和断裂附近是开采地下水的最佳位置。考虑当地实际地理地貌以及村民取水方便等因素，确定井位在剖面x＝175m处，终孔孔深126m，涌水量达到1 200m3／d。

3.3 局部破碎带水应用实例

三号剖面工作区为第四系所覆盖，根据现场地质踏勘和地质资料推测，在区内可能有东西向断裂穿过，因此在工作区布置一条剖面方向为356°的可控源音频大地电磁测深剖面。

三号剖面可控源音频大地电磁测深勘查综合断面图（见后面图4）。由图4可见，剖面内整体电阻率相对较低，在x＝70m出现电阻率横向间断，推断其为断裂产生（编号为F），x＝370m和x＝650m附近出现微弱低阻带，推断这两处微弱低阻为局部破碎产生。根据反演电阻率断面和电性资料推断，剖面经过地段第四系很薄，第四系以下为碳酸盐岩夹碎屑岩类（∈）。由于剖面内整体电阻率很低，推断其碎屑岩成份相对较高。其中x＝370m处纵向低阻带为整个断面内电阻率最低位置，推测该段岩层较为破碎，是开采浅部断裂破碎水的最佳位置。考虑到实际地理地貌等因素，最终开采井位设在x＝350m处，终孔孔深185m，涌水量720m3／d。

4 结语

从上面的三个实例可以看到，三个钻孔深度均不超过200m。由此可见，可控源音频大地电磁测深即可寻找深部地下水，也可以开展浅部地下水探测，而且找水效果相对较好。一般情况下，岩溶破碎和断裂破碎赋水均呈相对低阻，可控源音频大地电磁测深横向分辩率相对较高，对低阻体反映较为灵敏，为寻找浅层地下水的有效手段。

上述三个勘查区均处在人口稠密区，干扰较大。可控源音频大地电磁测深采用选频测量，具有较强的抗干扰能力，所以是人口稠密地区找水的有效手段。另外，由于其工作的高效性，加之与水文地质工作的紧密配合，这次赴山东抗旱找水工作基本是剖面测完当天就能提供设计钻孔位置。

图4 三号剖面综合断面图Fig.4 Comprehensive section map of profile No.3

可控源音频大地电磁测深以电阻率差异为勘探基础，是一种间接找水的勘探方法。在利用可控源音频大地测深进行找水工作时，必须充分了解勘查区地形地质环境，才能得到最佳实际应用效果。

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