EH4電磁成像系統在云南干旱地區地下水勘查中的應用

李 磊，王新建，馬安麗

(安徽省煤田地質局水文勘探隊，安徽 宿州234000)

近年來，云南等西南山區氣候干燥，常年降雨量稀少，該地區地形條件復雜，地下水資源的分布復雜，找水難度大，水資源問題較為嚴重。為解決云南干旱缺水地區的旱情，改善缺水地區人民的基本生活、生產條件，緩解農牧業、城市和工業用水，改善生態環境，促進山區經濟的可持續發展，積極引進在地下水勘查方面表現突出的新型物探儀器——Stratagem TM EH4(下稱EH4)電磁成像系統，在云南進行了地下水文地質勘查工作，并取得了顯著的應用效果。

1 EH4電磁成像系統

1.1 基本原理

EH4電磁成像系統屬于部分可控源與天然源相結合的一種大地電磁測深系統。它利用大地電磁的測量原理，通過發射和接收電磁波進而獲得探測區域內介質的電阻率或電導率。深部構造通過天然背景場源成像(MT)，其信息源為10 Hz～100 kHz;淺部構造則通過一個新型的便攜式低功率發射器發射1～100 kHz人工電磁訊號，補償天然訊號的不足，獲得高分辨率的成像[1－6]。

基本假設是將大地看作水平介質，大地電磁場是垂直投射到地下的平面電磁波，則在地面上可觀測到相互正交的電磁場分量為Ex，Hy;Hx，Ey。通過測量相互正交的電場和磁場分量，可確定介質的電阻率值。相應的計算公式為:

式中:f為頻率，(Hz)，ρ為電阻率，(Ω·m)。由于地下介質的不均勻性，計算出的ρ值稱為視電阻率值。探測深度在理論上為一個趨膚深度δ。

上式表明，電磁波的透入深度隨電阻率的增加和頻率的降低而增大。

1.2 數據采集

該系統的數據采集方式是時域采集，然后進行傅立葉變換，轉化為頻率域信號。EH4野外數據采集裝置如圖1所示。

數據采集過程是記錄測點信息，測量參數，以及記錄測量數據。數據采集就是通過記錄這些過程來完成的。每個過程在一個特定頻帶中由一個或多個時間時間序列組成。在最后一個測量結束后，每個過程中采集的數據都存儲在時間序列文件中，并且經過不完全處理，對于所有的記錄都存儲為累計的“疊加”互功率譜結果，在每個采集過程結束后將顯示每次“疊加”所得到的阻抗結果。

圖1 野外數據采集裝置示意圖

1.3 數據處理與分析

數據處理與分析是用于回放采得頻譜結果和重新計算時間序列互功率譜。數據處理包括實時處理和后續處理，其具體的數據處理流程如圖2。

其中實時處理，是根據每個測點給出的視電阻率、相位、相關度及振幅曲線，進行數據質量的實時分析，并在現場進行擬二維反演解釋。

后續處理是在野外工作結束后在室內完成的一項工作，具體包括:

(1)干擾信號剔除:對采集的時間序列信號進行編輯后直接剔除發生畸變的信號;對視電阻率曲線進行編輯，直接刪除個別跳躍較大的頻點;(2)二維反演，形成關于電阻率數值的.dat文件;(3)在實際測量時，由于地形的局限性，反演剖面需做相應的地形校正;(4)當形成電阻率數值后，一般可以采用surfer軟件進行網格化并形成電阻率等值線圖。

1.4 EH4電磁成像系統特點

EH4電磁成像系統與其他物探方法相比，其勘探特點主要表現在:(1)應用大地電磁法的原理，且使用人工電磁場和天然電磁場兩種場源，因此可以獲得連續的有效信號;(2)既具有有源電磁法的穩定性，又具有無源電磁法的節能和輕便;(3)能同時接收和分析X、Y兩個方向的電場和磁場，反演X－Y電導率張量剖面，對判斷二維構造特別有利;(4)儀器設備輕便，觀測時間短，易實現密點連續測量，進行連續觀察;(5)系統對數據進行實時處理和顯示，資料解釋簡捷，圖像直觀，便于勘查找水過程中資料的及時對比 。

圖2 EH4數據處理流程

2 找水勘查應用

2.1 勘查實例

實例1江川縣安化鄉是典型的山區鄉鎮，山區地形復雜，傳統的找水物探技術很難在該地區展開施工。面對當時持續不絕的干旱，當地干部群眾更是一籌莫展。本次采用新型的找水物探技術方法EH4電磁成像技術，在該鄉布置了EH4測線平面位置示意圖(圖3)及3條EH4測線，現選擇其中的一條測線進行說明。通過L1測線電阻率剖面(圖4)可以看出，本次EH4系統勘探剖面深度到350m，L1線巖層電阻率分布成層特性明顯，且在90～160m深度出現低電阻率區，其電阻率值低于30，為相對低阻異常區，這是進行鉆井位置設計的依據。據此，在L1測線8號測點位置設計了水井鉆孔。

圖3 安化鄉招壩村EH4測線平面位置示意圖

實例2 開遠市羊街鄉位于盆地內，地層為第四系粘土、砂質粘土和新第三系泥質灰巖，富水性弱，含有少量孔隙水。該地區也是常年干旱缺水，本次在羊街明德小學附近布置了1條EH4測線。

從圖中可以看出，在測線上2號至4號測點之間30m深度以下出現明顯的低阻異常區，其電阻率值低于10，因此確定為主要的找水區段，設計了相應的鉆孔井位。

2.2 鉆井出水驗證

根據EH4探測的結果，在江川縣安化鄉水井深度130m，自流井水量400m3/d;在云南開遠市羊街鄉臥龍谷村委會明德小學成功打出第一口深水井。該水井深196m，出水量約200m3/d，出水后，基本能滿足附近村莊用水的需求。這一結果深受當地人民稱贊，切實為他們解決了實際問題。

圖4 招壩村L1線EH4電阻率斷面圖

圖5 探測測線的電阻率剖面圖

3 結論

通過采用EH4電磁成像系統在云南干旱山區的找水應用，表明該方法能夠較準確地劃分出含水巖層并能區分出其他電阻率相近地層。該系統儀器輕便，測量速度較快，應用方便，工作效率高，是一種有效的找水方法，具有較好的應用前景，為干旱地區找水提供了一種行之有效的技術方法。但需要注意的是，在干旱山區數據采集時應加強對地形條件的分析與校正，為鉆井井位及深度確定提供更為可靠的技術參數。

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[5]祝順義，陳慶凱.EH4電磁成像系統在水庫大壩勘查滲漏的應用[J].有色礦冶.2004，20(2):10 －12.

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