瞬變電磁法在張家口壩上貧水區水文地質調查中的應用

蔡會梅

（河北省煤田地質局第四地質隊，河北 宣化 075100）

康保縣位于張家口壩上貧水地區，是國家級扶貧開發工作重點縣。隨著經濟的快速發展，城鎮人口逐年增長，現有水源地地下水位逐年下降，且水源地二級保護區內有污染源多處。

為解決用水緊張局面，保障居民生產生活用水安全，我隊先后對康保縣開展了水文地質調查和水源地補充勘察工作，尋找新的富水區域作為縣城集中供水后備水源地。

1 地質和水文地質特征

勘查區內大部分被第四系覆蓋，僅有零星基巖露頭，區內地層分布受區域地質構造NE-SW向康保—赤峰深大斷裂的控制，基巖剝蝕區和松散沉積區的平面形態均與斷裂走向分布一致[1]。綜合區域資料，本區發育的地層由老至新依次為：新太古界紅旗營子群；新元古界化德群；新近系和第四系。勘查區巖漿巖較發育。

康保縣地處壩上高原水文地質區內，屬內陸河流域，無地表河流，僅在低洼地積水形成大小不一的淺碟形鹽淖，構成地表水和地下水的集聚地。按照地形地貌特征，水文地質主要呈波狀平原型特征，含水層以第四系砂、礫石為主，近山地帶為角礫、碎石。含孔隙潛水，在不同的區域，水文地質條件各異，蒸發排泄強烈，富水性較差，一般屬弱富水區或貧水區。縣域內地下水劃分為基巖風化裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、松散巖類孔隙水三種類型。

2 工作原理及儀器設備的技術參數選取

2.1 工作原理

瞬變電磁法是一種時間域電磁法（簡稱TEM），是以地殼中巖（礦）石的導電性與導磁性為主要物質基礎，根據電磁感應原理觀測和研究人工脈沖電流場激勵大地而產生的瞬變電磁場空間與時間分布規律，來尋找地下目標體，研究淺層至中深層的地電結構，來解決相關地質問題的一種時間域電磁法[2]。基于巖石電性差異的瞬變電磁法，是利用不接地線源向地下發送一次脈沖場，利用不接地回線觀測二次渦流電磁場衰減特性，主要用于研究低阻目標體、地下巖層的電性分布特征。

2.2 儀器設備和技術參數的選取

本次瞬變電磁法工作所用儀器為重慶奔騰數控技術研究所生產的WTEM-1型瞬變電磁觀測系統。通過實地工作試驗結果，在測區采用大回線裝置，供電電流≥9A；設置頻率4Hz；發射線框600m×300m×1匝；接收線圈5m×5m×8匝；接收機增益32×32倍；疊加次數≥200次觀測。

3 資料解釋

本次瞬變電磁法施工的各測線反演電阻率剖面圖，清晰地反映了沿各測線地層層位變化和地質構造輪廓；淺部等值線稀疏，平緩變化并有封閉現象，中部等值線密集，深部等值線相對較密集，變化劇烈，有較大起伏。全區各測線視電阻率剖面圖反應的這種現象與本區地質層位的對應關系明確，充分反應出區內各地層排序、變化情況[3]。

下面以DL1線的反演電阻率剖面圖為例結合地質資料分析。斷面圖揭示測線地層電性特征大致反映為兩部分，淺部為新生界，視電阻率值≤100Ω·m，厚度50m～150m；深部地層視電阻率值較高，阻值＞100Ω·m，甚至數千歐姆·米以上，以晚二疊世入侵花崗巖為主，層厚＞500m。測線平距1500m～3500m處，高阻基底隆起，使低阻層厚度變薄；根據調查及地形圖分析,該地段西側有地勢隆起現象,說明該段地電形態反應合理；測線平距4150m、4450m處，深度200m以上均有低阻向深部延伸趨勢，使得電阻率等值線呈上下浮動形態。推斷該處有兩條逆斷層存在，命名為F6、F5。測線平距7000m～8800m處，高阻基底隆起至地表，地表出露為古元古界化德群石英巖，電阻率斷面圖可見淺部地層阻值高于幾百甚至上千歐姆·米。兩翼表現出低阻帶上下貫穿形態，推測該地段有兩條逆斷層發育，命名為F4、F3，8800m～11450m地層結構較為平緩，深度150m以淺為新生界地層，視電阻率值≤100Ω·m；下部至探測深度600m處均為晚二疊世入侵花崗巖，視電阻率值＞100Ω·m。由于DL1線太長，圖1只展示了測線平距5550m～11000m的反演電阻率及地質解釋斷面圖。圖中橫坐標為測點距離，測點間距為50m。

圖1 DL1線反演電阻率及地質解釋斷面圖（5550m～11000m）

4 結論和建議

通過本次瞬變電磁法勘查，大致查明了測區地質結構及構造發育狀況，測區內各測線均見低阻電性層反映，對含水層存在狀況進行了評價，為圈定地下水開采靶區，擬定水井位置，提供了有利的依據。

同年，我隊在康保縣城區集中供水水源地勘察項目中，采用可控源音頻大地電磁測深法和激電測深法對縣城西側現水源地區域和西村新建后備水源地區域進行勘探。結合已有瞬變電磁測深成果綜合分析，在現水源地區域新施工探采結合井5口，西村后備水源地施工2口，水質較好，達到生活飲用水質量標準，均可作為縣城集中供水水源井。其中SY2、SY3、SY4、SY5號井的出水量分別為每小時84m3、82.8m3、84m3、51.24m3，水文觀測結果與瞬變電磁勘探結果基本吻合。

5 存在問題

地面瞬變電磁勘探能有效減小高阻屏蔽，對低阻體反映較好，受探區地形影響較小，探測深度范圍大，施工方便快捷效率高。但由于人文電磁噪聲、地電噪聲的干擾，再加上地質因素的復雜性和地球物理解釋工作難度大，存在一定的多解性，需我們進一步研究探討，掌握規律，讓它更好的服務于水文調查工作。