■王發(fā)青

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院吉林長(zhǎng)春130012）

瞬變電磁法在地下水勘查中的應(yīng)用探討

■王發(fā)青

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院吉林長(zhǎng)春130012）

地下水在人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)的地球物理方法在地下水勘查工作中得到應(yīng)用的同時(shí)，新的更先進(jìn)的物探方法不斷涌現(xiàn)，近年來(lái)，瞬變電磁法在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用得到迅速發(fā)展，在地下水勘查領(lǐng)域的應(yīng)用也得到拓展，與其他方法相比，利用瞬變電磁法進(jìn)行地下水勘查具有明顯優(yōu)勢(shì)。

地下水含水層瞬變電磁法電阻率法激發(fā)極化法地質(zhì)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(lèi)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(lèi)使用的淡水95%以上來(lái)自地下水，地下水在維持人類(lèi)的生產(chǎn)和生活中發(fā)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(lèi)對(duì)地下水資源的需求日益劇增。當(dāng)前對(duì)于缺水地區(qū)而言，查找地下水仍是今后地下水勘查工作的重點(diǎn)。工程物探工作的目的就是要開(kāi)發(fā)和管理好地下水，其在地下水勘探工作中面臨的任務(wù)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(guī)找水方法簡(jiǎn)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(fā)極化法。

直流電阻率法是電法中找水應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，理論研究較為完善，應(yīng)用最為廣泛的一種方法。我國(guó)在上世紀(jì)60年代初期開(kāi)始運(yùn)用此方法在山丘和平原地區(qū)進(jìn)行電測(cè)找水工作，取得了許多成功的找水經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例。但因地形影響、礦體干擾等成井率較低。

激發(fā)極化法簡(jiǎn)稱激電法，作為電法勘探的重要分支，它是通過(guò)觀測(cè)、研究地質(zhì)體在人工電流場(chǎng)的激發(fā)作用下產(chǎn)生的極化場(chǎng)（二次場(chǎng)）的變化規(guī)律達(dá)到找水和研究有關(guān)地質(zhì)問(wèn)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(shí)間特性，因此用激電法找水，特別是在山區(qū)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(guān)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(jī)理還不夠清楚，這在一定程度上影響了該方法的推廣應(yīng)用。

由于地質(zhì)條件的復(fù)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(wèn)題。隨著地球物理勘探方法的不斷發(fā)展，一些新的物探方法如遙感、航測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)、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(shù)等在地下水勘探領(lǐng)域得到應(yīng)用。但由于這些方法儀器昂貴、資料處理復(fù)雜、因此這些方法不便普及使用、只能在大面積資源普查時(shí)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(yīng)定律。瞬變電磁法測(cè)量裝置有發(fā)射回線和接收回線兩部分組成。工作過(guò)程可分為發(fā)射、電磁感應(yīng)和接收三個(gè)階段，當(dāng)發(fā)射回線中的穩(wěn)定電流突然切斷后，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，發(fā)射回線中電流突然變化必將在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)稱為一次磁場(chǎng)，一次磁場(chǎng)在周?chē)鷤鞑ミ^(guò)程中如遇到地下良導(dǎo)電的地質(zhì)體，將在該地質(zhì)體內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流，又稱渦流或二次電流。由于二次電流隨時(shí)間變化，因而在其周?chē)之a(chǎn)生新的磁場(chǎng)，稱二次磁場(chǎng)，由于良導(dǎo)電地質(zhì)體內(nèi)感應(yīng)電流的熱損耗，二次磁場(chǎng)大致按指數(shù)規(guī)律隨時(shí)間衰減。由于二次磁場(chǎng)主要來(lái)源于良導(dǎo)電地質(zhì)體內(nèi)的感應(yīng)電流，因此它包含著與地質(zhì)體有關(guān)的地質(zhì)信息。接收回線通過(guò)感測(cè)記錄二次磁場(chǎng)的變化，并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，據(jù)此解釋地下地質(zhì)體的相關(guān)物理參數(shù)。

3 瞬變電磁法在地下水勘查領(lǐng)域應(yīng)用

由于它具有縱向和橫向分辨率高、受地質(zhì)噪聲影響小等特點(diǎn)，因此在地下水勘探領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

瞬變電磁法在地下水勘探主要用于解決以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）確定水文地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型；（2）在沖洪積層地區(qū)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(guó)從上世紀(jì)90年代初開(kāi)展瞬變電磁法在地下水勘查領(lǐng)域的應(yīng)用研究,取得了較好的效果。

主要研究?jī)?nèi)容有:（1）在基巖地區(qū),主要是高阻脆性巖石地區(qū),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(qū),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(yīng)用于地下水勘查的數(shù)據(jù)處理與資料解釋分析方法研究。

根據(jù)理論研究與實(shí)際相結(jié)合的原則,在進(jìn)行理論研究、室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和正演模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上,針對(duì)瞬變電磁法的探測(cè)原理及在地下水勘查方面的技術(shù)工作特點(diǎn),在野外做了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),提出了一套較為成熟的野外測(cè)量、資料解釋分析方法和工作程序,對(duì)于開(kāi)拓新的地下水物探找水方法和環(huán)境水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)方法,降低投資風(fēng)險(xiǎn),解決山區(qū)人畜飲水及水環(huán)境保護(hù)方面,具有重大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論與問(wèn)題

通過(guò)對(duì)瞬變電磁法在地下水勘查中的應(yīng)用研究,得出如下結(jié)論:

（1）由于斷電后觀測(cè)的是純二次場(chǎng)異常,可以進(jìn)行近區(qū)觀測(cè),因此自動(dòng)消除了裝置耦合噪聲。可使用同點(diǎn)裝置工作,與待測(cè)地質(zhì)體有最佳的耦合,具有較高的探測(cè)能力,且受旁側(cè)地質(zhì)體的影響也很小,增強(qiáng)電性層分辨能力,同時(shí),對(duì)地表局部低阻體無(wú)靜態(tài)效應(yīng)。

（2）由于采用不接地回線，不存在接地電阻問(wèn)題，特別是對(duì)于直流電法無(wú)法施工的地區(qū)，如在基巖出露區(qū)、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(jìn)行測(cè)量，展現(xiàn)了它獨(dú)特的優(yōu)越性。

通過(guò)在室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和地下水勘查方面的實(shí)踐可以看出,瞬變電磁法對(duì)低阻導(dǎo)電層的反映相當(dāng)靈敏,而對(duì)高阻層的反映較差,它對(duì)導(dǎo)電層的分辨能力高于對(duì)高阻層的分辨能力?；鶐r地區(qū)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(jìn)行地下水勘查具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

瞬變電磁法在具有明顯探查優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也存在以下方面的問(wèn)題

（1）在地下水勘查的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),瞬變電磁法用于地下水勘查中的一大缺憾便是數(shù)據(jù)量大、資料解釋較為復(fù)雜。

（2）國(guó)產(chǎn)儀器由于受到國(guó)內(nèi)研究水平和電子技術(shù)發(fā)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(yīng)用和發(fā)展。

[1]瞬變電磁法在地下水勘查中的應(yīng)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(guó)媒體地質(zhì)》 1995年6月.

[P345][文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-220-1

王發(fā)青（），男，本科，勘查技術(shù)與工程專業(yè)，高級(jí)工程師。