瞬變電磁法在地下水勘查中的應用探討

■王發青

（吉林省水利水電勘測設計研究院吉林長春130012）

瞬變電磁法在地下水勘查中的應用探討

■王發青

（吉林省水利水電勘測設計研究院吉林長春130012）

地下水在人類經濟活動中發揮著重要的作用。傳統的地球物理方法在地下水勘查工作中得到應用的同時，新的更先進的物探方法不斷涌現，近年來，瞬變電磁法在國內的應用得到迅速發展，在地下水勘查領域的應用也得到拓展，與其他方法相比，利用瞬變電磁法進行地下水勘查具有明顯優勢。

地下水含水層瞬變電磁法電阻率法激發極化法地質體

水是地球上最重要的自然資源，是地球上一切生物存在和人類生活中不可缺少和替代的資源，水的分布是不均勻的，其中海水占地球總水量的97.3%，淡水中約77.1%以不能被利用的冰雪形式存在，而供人類使用的淡水95%以上來自地下水，地下水在維持人類的生產和生活中發揮著重要的作用。在可利用的地表水資源有限的情況下，人類對地下水資源的需求日益劇增。當前對于缺水地區而言，查找地下水仍是今后地下水勘查工作的重點。工程物探工作的目的就是要開發和管理好地下水，其在地下水勘探工作中面臨的任務主要是：圈定地下水富水帶的位置、判定含水層的可能含水量等。

1 常規找水方法簡述

在地下水勘查工作中采用最多的是直流電阻率法和激發極化法。

直流電阻率法是電法中找水應用歷史較長，理論研究較為完善，應用最為廣泛的一種方法。我國在上世紀60年代初期開始運用此方法在山丘和平原地區進行電測找水工作，取得了許多成功的找水經驗和實例。但因地形影響、礦體干擾等成井率較低。

激發極化法簡稱激電法，作為電法勘探的重要分支，它是通過觀測、研究地質體在人工電流場的激發作用下產生的極化場（二次場）的變化規律達到找水和研究有關地質問題的物探方法，激電法最早是用于找礦，由于不受純地形起伏及圍巖電阻率不均勻性影響，且可充分利用其時間特性，因此用激電法找水，特別是在山區找水受到了重視。但是激電法也是一種間接找水方法，其異常影響除與水有關外，還受多種因素的影響，解釋并非單一，此外，激電法找水的機理還不夠清楚，這在一定程度上影響了該方法的推廣應用。

由于地質條件的復雜性和物探方法的局限性，用物探方法尋找地下水尚存在許多需要解決的問題。隨著地球物理勘探方法的不斷發展，一些新的物探方法如遙感、航測、地質雷達、微重力法、高密度電阻率法、可控源音頻大地電磁飯、核磁共振法和同位素技術等在地下水勘探領域得到應用。但由于這些方法儀器昂貴、資料處理復雜、因此這些方法不便普及使用、只能在大面積資源普查時使用。

2 瞬變電磁法基本原理

瞬變電磁法的基本原理就是電磁感應定律。瞬變電磁法測量裝置有發射回線和接收回線兩部分組成。工作過程可分為發射、電磁感應和接收三個階段，當發射回線中的穩定電流突然切斷后，根據電磁感應原理，發射回線中電流突然變化必將在其周圍產生磁場，該磁場稱為一次磁場，一次磁場在周圍傳播過程中如遇到地下良導電的地質體，將在該地質體內部激發產生感應電流，又稱渦流或二次電流。由于二次電流隨時間變化，因而在其周圍又產生新的磁場，稱二次磁場，由于良導電地質體內感應電流的熱損耗，二次磁場大致按指數規律隨時間衰減。由于二次磁場主要來源于良導電地質體內的感應電流，因此它包含著與地質體有關的地質信息。接收回線通過感測記錄二次磁場的變化，并對觀測數據進行分析處理，據此解釋地下地質體的相關物理參數。

3 瞬變電磁法在地下水勘查領域應用

由于它具有縱向和橫向分辨率高、受地質噪聲影響小等特點，因此在地下水勘探領域得到廣泛應用。

瞬變電磁法在地下水勘探主要用于解決以下幾個方面的問題：（1）確定水文地質構造類型；（2）在沖洪積層地區估算地下水位和基巖的埋深；（3）確定沉積巖中的承壓水含水層深度；

我國從上世紀90年代初開展瞬變電磁法在地下水勘查領域的應用研究,取得了較好的效果。

主要研究內容有:（1）在基巖地區,主要是高阻脆性巖石地區,利用瞬變電磁法尋找地下水的效果研究；（2）在濱海第四系地層地區,利用瞬變電磁法劃分咸淡水界面的效果研究；（3）瞬變電磁法應用于地下水勘查的數據處理與資料解釋分析方法研究。

根據理論研究與實際相結合的原則,在進行理論研究、室內模擬實驗和正演模擬計算的基礎上,針對瞬變電磁法的探測原理及在地下水勘查方面的技術工作特點,在野外做了大量的現場試驗,提出了一套較為成熟的野外測量、資料解釋分析方法和工作程序,對于開拓新的地下水物探找水方法和環境水文地質監測方法,降低投資風險,解決山區人畜飲水及水環境保護方面,具有重大的實際應用價值。

4 結論與問題

通過對瞬變電磁法在地下水勘查中的應用研究,得出如下結論:

（1）由于斷電后觀測的是純二次場異常,可以進行近區觀測,因此自動消除了裝置耦合噪聲。可使用同點裝置工作,與待測地質體有最佳的耦合,具有較高的探測能力,且受旁側地質體的影響也很小,增強電性層分辨能力,同時,對地表局部低阻體無靜態效應。

（2）由于采用不接地回線，不存在接地電阻問題，特別是對于直流電法無法施工的地區，如在基巖出露區、凍土帶、沙漠、水泥路面、江河湖海水面等地方，利用瞬變電磁均可進行測量，展現了它獨特的優越性。

通過在室內模擬實驗和地下水勘查方面的實踐可以看出,瞬變電磁法對低阻導電層的反映相當靈敏,而對高阻層的反映較差,它對導電層的分辨能力高于對高阻層的分辨能力。基巖地區含水層及污染后的地下水均呈低阻反映,因此,與其它電探方法相比,利用瞬變電磁法進行地下水勘查具有明顯的優勢。

瞬變電磁法在具有明顯探查優勢的同時也存在以下方面的問題

（1）在地下水勘查的實踐中發現,瞬變電磁法用于地下水勘查中的一大缺憾便是數據量大、資料解釋較為復雜。

（2）國產儀器由于受到國內研究水平和電子技術發展水平的限制,都存在某些不盡完善之處,因此,這在一定程度上阻礙了該方法在地下水勘查方面的應用和發展。

[1]瞬變電磁法在地下水勘查中的應用研究綜述 張保祥等 《地下水》2004年第2期.

[2]瞬變電磁法基本-理 靜恩杰等 《中國媒體地質》 1995年6月.

[P345][文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-220-1

王發青（），男，本科，勘查技術與工程專業，高級工程師。