瞬變電磁法在勘查地熱水資源中的應用

朱冰+葛歡+劉磊+李奧寧

【摘 要】 利用瞬變電磁法（TEM）勘查地下水資源的方法在最近幾年發展的很快，其良好的應用效果充分體現了TEM的優越性。伴隨著電子科技的迅猛發展，更加先進的數字化和智能化的地面瞬變電磁法儀器相繼問世，使得TEM的理論和實際應用的研究也同時得到了快速發展。并將其應用到礦產、石油、煤田、水文、工程地質等勘查領域。均取得良好效果。本次施工是在已有地熱水產出的某溫泉度假區進行的，其地質任務是在溫泉度假區管轄內勘查地下水資源賦存情況。為合理開發利用地熱水或地下水資源提供較為詳盡的地質依據。根據本次勘查結束后所提供的成果，施鉆結果令人滿意。

【關鍵詞】 瞬變電磁法 勘查 地熱水 資源

溫泉度假區可持續發展的前提是具有可持續開發和利用的地熱水資源，為此在管轄區內找到新的地熱水資源是一項非常重要的工作。

工區地形標高在170-570m之間，屬中等切割的中低山區，植被茂盛。多數物探方法均受其影響。而采用小回線裝置的瞬變電磁法具有不受地形影響、施工效率高；能穿透阻遏直流電法勘探的高阻屏蔽層；對低阻良導體反應敏感。根據工區地形條件和需要解決的地質任務有多種工作裝置供選擇，剖面測量和電磁測深同時完成。野外采集的數據是真實地質體的電性反應。需要指出的是由于電磁場是全空間傳播的，在觀測點附近需要避開人工建造的各種金屬結構件和電纜、高壓線等干擾源。

1 工區地質概況及地球物理特征

工區位于陰山東西向復雜構造帶的東延部分，與巨型新華夏隆起相交之區內，斷裂構造發育，印支和燕山期巖漿活動頻繁，為熱水生成提供了良好條件。區內地層出露為震旦系的釣魚臺組、南芬組、橋頭組，下寒武系堿廠組，第四系松散層。混合花崗巖在區內廣泛出露。構造以斷裂構造為主。

區內由晚元古代及古生代沉積巖和老花崗巖為基底的透、富水性較弱的隔水巖層（巖體）組成。地下水均嚴格受地質構造控制。區內存在三種類型地下水：受斷裂構造控制的深循環型高礦化弱放射性氡礦泉熱水；來源于大氣降水補給的裂隙水和斷裂深循環熱水的混合型中礦化水；賦存于第四系松散層和基巖裂隙中的低礦化潛水。

由于干燥的地層和沒經過構造破壞的基巖電阻率很高，而含水地層和含水構造帶電阻率呈低阻反映，隨地層和構造帶含水程度的增加電阻率急劇下降。同時含水地層水的礦化程度高和溫度的增高都可導致巖層電阻率出現低阻異常。在本工作區內，根據以往地質資料判斷可排除其它地質因素導致產生的低阻異常，具備了利用瞬變電磁法（電阻率參數）尋找地下水資源的物性前提。將低電阻率異常判斷為是由含水地層或含水的斷裂構造帶產生的異常，是一種較為可靠和合理的解釋。

2 方法原理及野外數據采集

瞬變電磁法（簡稱TEM）或時間域電磁法（簡稱TDEM）是通過向不接地回線或接地電偶源供以一定波形的脈沖電流作為一次電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期觀測地下介質感應的二次渦流場。基本原理就是法拉第電磁感應定律。觀測到的瞬變電磁響應隨時間變化逐漸衰減。反映地下由淺到深的不同電性層。通過研究不同衰減時間觀測到的電磁響應就可達到研究地下不同深度介質的電性特征。根據地質構造和地層巖性與目標體電性特征的差異來解決某些地質問題的一種有效的地球物理勘探方法。

選用的儀器為CUGTEM-2002型瞬變電磁測深儀及配套設備。經在出水井口附近所做的試驗分析后，確定野外施工裝置參數選取為中心回線裝置；發射線圈為6.25m×6.25m；接收線圈1.5m×1.5m；使用64匝數；發送電流100A；電流脈沖寬度40ms；6次以上激發；64次以上疊加進行野外數據觀測。

瞬變電磁法勘查測線點距為25m；線距50m-100m；線長200m-1000m；共完成測線15條；剖面總長10650m；物理點455個。

3 資料處理及解釋

資料處理及解釋軟件采用儀器配套的系統軟件。瞬變電磁法觀測的數據是測點處二次電磁場各時窗的感應電動勢，資料處理包括：剔除突變點的過失校正；壓制隨機干擾和工頻干擾的濾波校正；篩選合理采樣時間的觀測數據用于多測道的剖面圖繪制；將歸一化感應電動勢轉換為視電阻率和視深度，用于一維反演計算和等視電阻率剖面的成像。通過對圖件反映的電性特征進行分析對比，得出勘查區構造的發育及富水區域分布等解釋結論。

3.1 多測道剖面圖的認知和解釋

（圖1）所示：縱坐標為隨時間變化的歸一化感應電壓，由上至下表示從早期到晚期觀測的瞬變電磁響應，橫坐標為測點。根據瞬變電磁法原理，二次感應渦流場的時間特性和強度與地質體的幾何參數和電阻率的高低相關，地質體的體積越大、電阻率越低，二次感應渦流場的強度越大，衰減的時間越長。反之則相反。當接收線圈跨越斷層（含水破碎帶、裂隙）時，在斷層上方所接收的二次場感應電位差比兩盤低，在多測道剖面圖上表現為雙峰異常，“谷”對應斷層（低阻體）位置。在圖1中7—17號測點間推斷為含水斷層破碎帶引起的異常反映。

3.2 等視電阻率剖面圖的認知和解釋

（圖2）所示：經過一維反演計算后的等視電阻率剖面圖縱坐標為視深度，橫坐標為測點。其等值線的變化反映出各測點地下不同深度范圍內電性層的起伏形態。（圖2）中上部的等值線變化均勻，表明橫向上淺部地層巖性變化不大，下部等值線橫向上起伏較大，150m、450m、750m處出現相對獨立且縱向分布的低阻異常區。從電性變化的形態、寬帶上看都明顯表現出斷層（破碎帶）構造的電阻率空間分布特征。說明在這些區域存在基巖斷層及破碎帶，且富水性較好。而底部高阻區視電阻率等值線平緩延展，有規律分布。表明基底地層完整，未受上部構造破壞的影響。

此外還可利用一維反演結果取不同深度的視電阻率值做順層平面圖，根據視電阻率值的變化來分析、推斷勘查區不同深度范圍內的構造發育和富水性。

4 結語

經過上述由點及面、由已知到未知的分析、研究過程，最后對勘查區作出地質構造及富水性的分析和推斷解釋，在3個富水區域給出了孔位。在先進行鉆探的兩個富水區鉆孔中都見到了熱水，出水量令開發商滿意。對在與本勘查區地質條件相類似的地區勘查地下水資源具有指導意義。但并不代表瞬變電磁法可以在任何地質條件下都可取得非常良好的效果。要根據不同的地質條件選取適當的物探方法。

參考文獻：

[1]牛之璉.時間域電磁法原理[M].長沙：中南工業大學出版社，1992，12.

[2]程志平.電法勘探教程[M].北京：冶金工業出版社，2007.

[3]宋仁成，劉風榮等.某地區地熱勘測工程電法勘查報告，沈陽：東北煤田地質局物探測量隊，2010.endprint

【摘 要】 利用瞬變電磁法（TEM）勘查地下水資源的方法在最近幾年發展的很快，其良好的應用效果充分體現了TEM的優越性。伴隨著電子科技的迅猛發展，更加先進的數字化和智能化的地面瞬變電磁法儀器相繼問世，使得TEM的理論和實際應用的研究也同時得到了快速發展。并將其應用到礦產、石油、煤田、水文、工程地質等勘查領域。均取得良好效果。本次施工是在已有地熱水產出的某溫泉度假區進行的，其地質任務是在溫泉度假區管轄內勘查地下水資源賦存情況。為合理開發利用地熱水或地下水資源提供較為詳盡的地質依據。根據本次勘查結束后所提供的成果，施鉆結果令人滿意。

【關鍵詞】 瞬變電磁法 勘查 地熱水 資源

溫泉度假區可持續發展的前提是具有可持續開發和利用的地熱水資源，為此在管轄區內找到新的地熱水資源是一項非常重要的工作。

工區地形標高在170-570m之間，屬中等切割的中低山區，植被茂盛。多數物探方法均受其影響。而采用小回線裝置的瞬變電磁法具有不受地形影響、施工效率高；能穿透阻遏直流電法勘探的高阻屏蔽層；對低阻良導體反應敏感。根據工區地形條件和需要解決的地質任務有多種工作裝置供選擇，剖面測量和電磁測深同時完成。野外采集的數據是真實地質體的電性反應。需要指出的是由于電磁場是全空間傳播的，在觀測點附近需要避開人工建造的各種金屬結構件和電纜、高壓線等干擾源。

1 工區地質概況及地球物理特征

工區位于陰山東西向復雜構造帶的東延部分，與巨型新華夏隆起相交之區內，斷裂構造發育，印支和燕山期巖漿活動頻繁，為熱水生成提供了良好條件。區內地層出露為震旦系的釣魚臺組、南芬組、橋頭組，下寒武系堿廠組，第四系松散層。混合花崗巖在區內廣泛出露。構造以斷裂構造為主。

區內由晚元古代及古生代沉積巖和老花崗巖為基底的透、富水性較弱的隔水巖層（巖體）組成。地下水均嚴格受地質構造控制。區內存在三種類型地下水：受斷裂構造控制的深循環型高礦化弱放射性氡礦泉熱水；來源于大氣降水補給的裂隙水和斷裂深循環熱水的混合型中礦化水；賦存于第四系松散層和基巖裂隙中的低礦化潛水。

由于干燥的地層和沒經過構造破壞的基巖電阻率很高，而含水地層和含水構造帶電阻率呈低阻反映，隨地層和構造帶含水程度的增加電阻率急劇下降。同時含水地層水的礦化程度高和溫度的增高都可導致巖層電阻率出現低阻異常。在本工作區內，根據以往地質資料判斷可排除其它地質因素導致產生的低阻異常，具備了利用瞬變電磁法（電阻率參數）尋找地下水資源的物性前提。將低電阻率異常判斷為是由含水地層或含水的斷裂構造帶產生的異常，是一種較為可靠和合理的解釋。

2 方法原理及野外數據采集

瞬變電磁法（簡稱TEM）或時間域電磁法（簡稱TDEM）是通過向不接地回線或接地電偶源供以一定波形的脈沖電流作為一次電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期觀測地下介質感應的二次渦流場。基本原理就是法拉第電磁感應定律。觀測到的瞬變電磁響應隨時間變化逐漸衰減。反映地下由淺到深的不同電性層。通過研究不同衰減時間觀測到的電磁響應就可達到研究地下不同深度介質的電性特征。根據地質構造和地層巖性與目標體電性特征的差異來解決某些地質問題的一種有效的地球物理勘探方法。

選用的儀器為CUGTEM-2002型瞬變電磁測深儀及配套設備。經在出水井口附近所做的試驗分析后，確定野外施工裝置參數選取為中心回線裝置；發射線圈為6.25m×6.25m；接收線圈1.5m×1.5m；使用64匝數；發送電流100A；電流脈沖寬度40ms；6次以上激發；64次以上疊加進行野外數據觀測。

瞬變電磁法勘查測線點距為25m；線距50m-100m；線長200m-1000m；共完成測線15條；剖面總長10650m；物理點455個。

3 資料處理及解釋

資料處理及解釋軟件采用儀器配套的系統軟件。瞬變電磁法觀測的數據是測點處二次電磁場各時窗的感應電動勢，資料處理包括：剔除突變點的過失校正；壓制隨機干擾和工頻干擾的濾波校正；篩選合理采樣時間的觀測數據用于多測道的剖面圖繪制；將歸一化感應電動勢轉換為視電阻率和視深度，用于一維反演計算和等視電阻率剖面的成像。通過對圖件反映的電性特征進行分析對比，得出勘查區構造的發育及富水區域分布等解釋結論。

3.1 多測道剖面圖的認知和解釋

（圖1）所示：縱坐標為隨時間變化的歸一化感應電壓，由上至下表示從早期到晚期觀測的瞬變電磁響應，橫坐標為測點。根據瞬變電磁法原理，二次感應渦流場的時間特性和強度與地質體的幾何參數和電阻率的高低相關，地質體的體積越大、電阻率越低，二次感應渦流場的強度越大，衰減的時間越長。反之則相反。當接收線圈跨越斷層（含水破碎帶、裂隙）時，在斷層上方所接收的二次場感應電位差比兩盤低，在多測道剖面圖上表現為雙峰異常，“谷”對應斷層（低阻體）位置。在圖1中7—17號測點間推斷為含水斷層破碎帶引起的異常反映。

3.2 等視電阻率剖面圖的認知和解釋

（圖2）所示：經過一維反演計算后的等視電阻率剖面圖縱坐標為視深度，橫坐標為測點。其等值線的變化反映出各測點地下不同深度范圍內電性層的起伏形態。（圖2）中上部的等值線變化均勻，表明橫向上淺部地層巖性變化不大，下部等值線橫向上起伏較大，150m、450m、750m處出現相對獨立且縱向分布的低阻異常區。從電性變化的形態、寬帶上看都明顯表現出斷層（破碎帶）構造的電阻率空間分布特征。說明在這些區域存在基巖斷層及破碎帶，且富水性較好。而底部高阻區視電阻率等值線平緩延展，有規律分布。表明基底地層完整，未受上部構造破壞的影響。

此外還可利用一維反演結果取不同深度的視電阻率值做順層平面圖，根據視電阻率值的變化來分析、推斷勘查區不同深度范圍內的構造發育和富水性。

4 結語

經過上述由點及面、由已知到未知的分析、研究過程，最后對勘查區作出地質構造及富水性的分析和推斷解釋，在3個富水區域給出了孔位。在先進行鉆探的兩個富水區鉆孔中都見到了熱水，出水量令開發商滿意。對在與本勘查區地質條件相類似的地區勘查地下水資源具有指導意義。但并不代表瞬變電磁法可以在任何地質條件下都可取得非常良好的效果。要根據不同的地質條件選取適當的物探方法。

參考文獻：

[1]牛之璉.時間域電磁法原理[M].長沙：中南工業大學出版社，1992，12.

[2]程志平.電法勘探教程[M].北京：冶金工業出版社，2007.

[3]宋仁成，劉風榮等.某地區地熱勘測工程電法勘查報告，沈陽：東北煤田地質局物探測量隊，2010.endprint

【摘 要】 利用瞬變電磁法（TEM）勘查地下水資源的方法在最近幾年發展的很快，其良好的應用效果充分體現了TEM的優越性。伴隨著電子科技的迅猛發展，更加先進的數字化和智能化的地面瞬變電磁法儀器相繼問世，使得TEM的理論和實際應用的研究也同時得到了快速發展。并將其應用到礦產、石油、煤田、水文、工程地質等勘查領域。均取得良好效果。本次施工是在已有地熱水產出的某溫泉度假區進行的，其地質任務是在溫泉度假區管轄內勘查地下水資源賦存情況。為合理開發利用地熱水或地下水資源提供較為詳盡的地質依據。根據本次勘查結束后所提供的成果，施鉆結果令人滿意。

【關鍵詞】 瞬變電磁法 勘查 地熱水 資源

溫泉度假區可持續發展的前提是具有可持續開發和利用的地熱水資源，為此在管轄區內找到新的地熱水資源是一項非常重要的工作。

工區地形標高在170-570m之間，屬中等切割的中低山區，植被茂盛。多數物探方法均受其影響。而采用小回線裝置的瞬變電磁法具有不受地形影響、施工效率高；能穿透阻遏直流電法勘探的高阻屏蔽層；對低阻良導體反應敏感。根據工區地形條件和需要解決的地質任務有多種工作裝置供選擇，剖面測量和電磁測深同時完成。野外采集的數據是真實地質體的電性反應。需要指出的是由于電磁場是全空間傳播的，在觀測點附近需要避開人工建造的各種金屬結構件和電纜、高壓線等干擾源。

1 工區地質概況及地球物理特征

工區位于陰山東西向復雜構造帶的東延部分，與巨型新華夏隆起相交之區內，斷裂構造發育，印支和燕山期巖漿活動頻繁，為熱水生成提供了良好條件。區內地層出露為震旦系的釣魚臺組、南芬組、橋頭組，下寒武系堿廠組，第四系松散層。混合花崗巖在區內廣泛出露。構造以斷裂構造為主。

區內由晚元古代及古生代沉積巖和老花崗巖為基底的透、富水性較弱的隔水巖層（巖體）組成。地下水均嚴格受地質構造控制。區內存在三種類型地下水：受斷裂構造控制的深循環型高礦化弱放射性氡礦泉熱水；來源于大氣降水補給的裂隙水和斷裂深循環熱水的混合型中礦化水；賦存于第四系松散層和基巖裂隙中的低礦化潛水。

由于干燥的地層和沒經過構造破壞的基巖電阻率很高，而含水地層和含水構造帶電阻率呈低阻反映，隨地層和構造帶含水程度的增加電阻率急劇下降。同時含水地層水的礦化程度高和溫度的增高都可導致巖層電阻率出現低阻異常。在本工作區內，根據以往地質資料判斷可排除其它地質因素導致產生的低阻異常，具備了利用瞬變電磁法（電阻率參數）尋找地下水資源的物性前提。將低電阻率異常判斷為是由含水地層或含水的斷裂構造帶產生的異常，是一種較為可靠和合理的解釋。

2 方法原理及野外數據采集

瞬變電磁法（簡稱TEM）或時間域電磁法（簡稱TDEM）是通過向不接地回線或接地電偶源供以一定波形的脈沖電流作為一次電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期觀測地下介質感應的二次渦流場。基本原理就是法拉第電磁感應定律。觀測到的瞬變電磁響應隨時間變化逐漸衰減。反映地下由淺到深的不同電性層。通過研究不同衰減時間觀測到的電磁響應就可達到研究地下不同深度介質的電性特征。根據地質構造和地層巖性與目標體電性特征的差異來解決某些地質問題的一種有效的地球物理勘探方法。

選用的儀器為CUGTEM-2002型瞬變電磁測深儀及配套設備。經在出水井口附近所做的試驗分析后，確定野外施工裝置參數選取為中心回線裝置；發射線圈為6.25m×6.25m；接收線圈1.5m×1.5m；使用64匝數；發送電流100A；電流脈沖寬度40ms；6次以上激發；64次以上疊加進行野外數據觀測。

瞬變電磁法勘查測線點距為25m；線距50m-100m；線長200m-1000m；共完成測線15條；剖面總長10650m；物理點455個。

3 資料處理及解釋

資料處理及解釋軟件采用儀器配套的系統軟件。瞬變電磁法觀測的數據是測點處二次電磁場各時窗的感應電動勢，資料處理包括：剔除突變點的過失校正；壓制隨機干擾和工頻干擾的濾波校正；篩選合理采樣時間的觀測數據用于多測道的剖面圖繪制；將歸一化感應電動勢轉換為視電阻率和視深度，用于一維反演計算和等視電阻率剖面的成像。通過對圖件反映的電性特征進行分析對比，得出勘查區構造的發育及富水區域分布等解釋結論。

3.1 多測道剖面圖的認知和解釋

（圖1）所示：縱坐標為隨時間變化的歸一化感應電壓，由上至下表示從早期到晚期觀測的瞬變電磁響應，橫坐標為測點。根據瞬變電磁法原理，二次感應渦流場的時間特性和強度與地質體的幾何參數和電阻率的高低相關，地質體的體積越大、電阻率越低，二次感應渦流場的強度越大，衰減的時間越長。反之則相反。當接收線圈跨越斷層（含水破碎帶、裂隙）時，在斷層上方所接收的二次場感應電位差比兩盤低，在多測道剖面圖上表現為雙峰異常，“谷”對應斷層（低阻體）位置。在圖1中7—17號測點間推斷為含水斷層破碎帶引起的異常反映。

3.2 等視電阻率剖面圖的認知和解釋

（圖2）所示：經過一維反演計算后的等視電阻率剖面圖縱坐標為視深度，橫坐標為測點。其等值線的變化反映出各測點地下不同深度范圍內電性層的起伏形態。（圖2）中上部的等值線變化均勻，表明橫向上淺部地層巖性變化不大，下部等值線橫向上起伏較大，150m、450m、750m處出現相對獨立且縱向分布的低阻異常區。從電性變化的形態、寬帶上看都明顯表現出斷層（破碎帶）構造的電阻率空間分布特征。說明在這些區域存在基巖斷層及破碎帶，且富水性較好。而底部高阻區視電阻率等值線平緩延展，有規律分布。表明基底地層完整，未受上部構造破壞的影響。

此外還可利用一維反演結果取不同深度的視電阻率值做順層平面圖，根據視電阻率值的變化來分析、推斷勘查區不同深度范圍內的構造發育和富水性。

4 結語

經過上述由點及面、由已知到未知的分析、研究過程，最后對勘查區作出地質構造及富水性的分析和推斷解釋，在3個富水區域給出了孔位。在先進行鉆探的兩個富水區鉆孔中都見到了熱水，出水量令開發商滿意。對在與本勘查區地質條件相類似的地區勘查地下水資源具有指導意義。但并不代表瞬變電磁法可以在任何地質條件下都可取得非常良好的效果。要根據不同的地質條件選取適當的物探方法。

參考文獻：

[1]牛之璉.時間域電磁法原理[M].長沙：中南工業大學出版社，1992，12.

[2]程志平.電法勘探教程[M].北京：冶金工業出版社，2007.

[3]宋仁成，劉風榮等.某地區地熱勘測工程電法勘查報告，沈陽：東北煤田地質局物探測量隊，2010.endprint