音頻大地電磁測深在水文地質勘察中的應用

李紹銅，郭祥旭

(黑龍江省生態地質調查研究總院，哈爾濱 150030)

前第四系孔隙裂隙承壓水的尋找在水資源貧乏區意義重大。沉積盆地巖性地層的地球物理特征主要表現為相對高阻性和相對富水性。音頻大地電磁測深工作方法適應不同深度的水文地質勘察和地質調查。以松嫩平原北部某地區為例，推測工作區前第四系含水層的分布范圍、厚度等水文地質特征，將物探勘察成果進行反推演算，與水文地質測繪和鉆探工作進行科學比對、驗證。

1 工作區范圍及工作量布置

工作區位于松嫩平原北部，屬中溫帶大陸性季風氣候。為查明前第四系孔隙裂隙含水層分布區，布置相應的地球物理勘察工作，設計2條典型勘測線、39個音頻大地電磁測深點，根據典型特征做了5個直流電阻率電測深點。

2 工作方法

本次音頻大地電磁測深使用的是加拿大鳳凰公司生產的V8電磁法儀，所有點采用電道“十字”部極方式。磁道使用的磁棒布設在電道電線劃分的不同“象限”內。使用森林羅盤確定電道Ex、Ey，磁道Hx、Hy的方向。電道Ex、Ey長度均超過50 m，并每點記錄長度。電道線使用屏蔽線，接地電阻小于2 000 Ω，并且測量每個點上Ex、Ey的直流電壓以及交流電壓。測量直流電壓判斷不極化電極是否能用，測量交流電壓判斷此點干擾程度是否適合AMT測量。電極線隔段使用土埋，防止因為晃動產生電位差影響測量精度。磁棒距離儀器均大于15 m。磁棒使用水平尺，確定磁棒保持水平。磁棒埋入土中30 cm，在比較難開挖的地點用土埋上，防止因為風產生晃動，影響測量精度。儀器測量時間均超過20 min鐘。本次使用一臺主機及兩臺輔助道盒子，采用共用磁道方式進行測量，輔助道盒子距離最遠處主機磁道距離不超過2.5 km。

數據質量檢查采用“一同三不同”。用同點位、不同儀器、不同操作員、不同時進行。

3 數據處理及成果解釋

3.1 數據處理

數據處理分為數據預處理和反演兩個部分。本次音頻大地電磁測深使用的是V8設備專用的MT EDITER軟件進行預處理。V8采集的AMT數據，每個頻點采集次數均超過3個。通過MT EDITER軟件對每個頻點采集的數據刪減進而圓滑曲線。針對一些干擾較大的點，對部分頻點進行了刪除，對于儀器性能接近極限頻點數據進行刪除處理。反演處理使用成都理工大學開發的MTSOFT 2D軟件進行二維反演。

3.2 成果解釋

對本區進行音頻大地電磁測深得到的電阻率值普遍較低，故進行了5個點的直流電測深工作。選擇標準是在二維反演基礎上，圖上電阻率比較大的和比較低的點進行直流電阻率測深測量，具體情況見表1。

表1 電阻率測深成果

通過本次電阻率測深得出本區地下200 m以上電阻率值比較低。根據與AMT反演剖面對比，對比典型地層L20剖面上2004號點。AB/2在30～150 m的區間內視電阻率均高于20 Ω·m，對應的圖上的電阻率值為0.6，超過0.6的電阻率區間應該高于20 Ω·m。另外，觀察2條剖面0.6的電阻率，普遍存在于深度50～150 m的范圍內，故推斷對應的電阻率高于20 Ω·m。

本區測深點在圖上顯示是0號點代表本條剖面1號點，圖上10號點代表剖面2號點，故圖上150號點代表剖面上16號點。縱向上標高起始標高大致為250 m左右，到0處深度大概為250 m，整圖的測深深度統一為500 m。

L20剖面在30號點處設置了直流電測深點，點號為2004，正是在AB/2為30～150 m的區間內視電阻率均高于20 Ω·m，對應的圖上的電阻率值為0.6，以此作為整個項目重要的推斷。在圖上40～150號點(實際點號為2005～2016)頂板深度大于30～50 m范圍內存在一個連續的電性層，厚度為30～50 m，推斷為泥巖、砂質泥巖、泥質砂巖、細砂巖、粉砂巖等。

L40剖面0～10號點(實際點號為4001～4002)，頂板深度為20 m左右，厚度為30～40 m，推斷為泥巖、砂質泥巖、泥質砂巖、細砂巖、粉砂巖等。對應的是80～110號點(實際點號為4009～4012)頂板深度為20～30 m，厚度為30～40 m，推斷為砂質泥巖、泥質砂巖、細砂巖、粉砂巖等。本條剖面10～30號點(實際點號為4002～4004)埋深在120 m，厚度超過80 m，推斷為砂質泥巖、泥質砂巖、細砂巖、粉砂巖等。本條剖面70～100號點(實際點號為4008～4011)，埋深在120 m厚度超過80 m，推斷為砂質泥巖、泥質砂巖、細砂巖、粉砂巖等。

圖1 L20剖面TE方向反演圖

圖2 L20剖面TM方向反演圖

圖3 L40剖面TE方向反演圖

圖4 L40剖面TM方向反演圖

4 含水性分析

4.1 音頻大地電磁測深測量結果

本次野外工作工區范圍內，根據實際測量所得，在地表以下50～150 m空間范圍內存在著相對電阻率比較高的地質體，根據此區域的地下水補給情況，從小興安嶺往西側補給，地下水補給應該充足。

4.2 水文地質測繪和鉆探工作結果

根據水文地質鉆探工作揭露，工作區水源地主要開采層位為60～90 m、105～125 m、130～160 m，與音頻大地電磁測深測量結果基本吻合。

工作區地下水類型如下：

a.碎屑巖類明水組粉細砂巖孔隙裂隙承壓水。

主要分布于勘查區東部廣大地區，含水層為白堊系明水組泥質砂巖、粉細砂巖、細砂巖，一般單層厚度5～8 m，累計厚度15～44 m，單丼涌水量一般300～600 m3/d。

b.碎屑巖類依安組粉細砂巖、砂礫巖孔隙裂隙承壓水。

主要分布于勘查區西南部、西北部大部分地帶，含水層為古近系始新統-漸新統依安組泥質砂巖、細砂巖、砂礫巖，以細砂巖和泥質砂巖分布范圍較大，呈多層分布，單層厚度變化較大，一般為1.2～26.6 m，累計厚度5～45 m，單丼涌水量500～1 560 m3/d。

經本次勘查，在本地區發現了始新統—漸新統依安組以河流相為主的夾湖相的粗碎屑沉積，主要為弱膠結的砂礫巖及粗砂巖，厚度達9～26 m，呈條帶狀由東向西延伸，為地下水賦存提供了良好空間。

5 結論

本次音頻大地電磁測深測量結果和水文地質鉆探工作成果基本吻合。通過綜合分析，區內地層主要為白堊系明水組和古近系依安組。古近系依安組和白堊系明水組含水層在勘查區均有分布，厚度變化較大。勘查區北部依安組砂巖砂礫巖厚度大，向南逐漸變薄，而明水組砂巖相對變厚。依安組砂巖、砂礫巖和明水組砂巖、粉細砂巖構成區內主要含水巖組，該含水巖組富含碎屑巖裂隙孔隙承壓水，透水性好，滲透系數(K)一般為0.81～14.06 m/d，具備良好的集中供水前景。

本次工作為集中供水水源地的劃定以及地下水開采方案的設計奠定了基礎，提高了勘察工作精度，為城鎮供水水源地的精準勘察和規劃建設提供了科學依據。