(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

瞬變電磁法在新疆白楊河谷地水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

涂勇剛

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

瞬變電磁(TEM)方法在新疆地區(qū)應(yīng)用廣泛，在水文地質(zhì)調(diào)查中以第四系松散層找水為主。在新疆白楊河地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查工作中，采用瞬變電磁法對(duì)該區(qū)域水文地質(zhì)狀況進(jìn)行勘查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)新近系分布廣泛，以砂巖為主的地層富水性較好，厚度大，白楊河谷地新近系在莫合臺(tái)-阿臘勒-沖帕孜三角帶形成拗陷中心，中心帶厚度大于500 m，最厚處可達(dá)750 m，白楊河一帶300～450 m，東部區(qū)一帶為150～300 m，區(qū)內(nèi)有4處沉降中心。通過(guò)勘查，推斷了勘查區(qū)水文地質(zhì)構(gòu)造的分布及展布特征，成功圈定了3處供水靶區(qū)，有效指導(dǎo)了該區(qū)域水文地質(zhì)勘查工作。

瞬變電磁法；白楊河谷地；成果解釋分析；水文地質(zhì)調(diào)查

新疆白楊河谷地為東西方向延伸的地塹式斷陷谷地，由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和主干斷裂的復(fù)活，形成了北部山前莫合臺(tái)―白楊河西岸附近的第四系盆底狀及新近系條狀坳陷中心，北部山前暴雨洪流、河道水滲漏補(bǔ)給，在平原區(qū)廣泛分布的第四系砂礫石及新近系泥質(zhì)砂巖中形成了第四系松散巖類(lèi)孔隙水及新近系碎屑巖類(lèi)裂隙―孔隙水。通過(guò)物探方法了解區(qū)內(nèi)的第四系覆蓋層沉積覆蓋情況就可以對(duì)地下水分布和儲(chǔ)藏進(jìn)行推測(cè)。

1 勘查區(qū)概況

1.1 勘查區(qū)范圍

白楊河勘查區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)的西北部,轄屬四個(gè)行政區(qū)，分別為塔城地區(qū)和布克塞爾蒙古自治縣(29%)，額敏縣(18%)，托里縣(32%)以及克拉瑪依市(21%)。區(qū)內(nèi)另有新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)七師一三七團(tuán)(烏爾禾)及農(nóng)九師一七零團(tuán)(莫合臺(tái))的兩個(gè)團(tuán)場(chǎng)單位。勘查區(qū)北以賽米斯臺(tái)山分水嶺與和布克谷地隔山相望，西到吾爾喀夏依山分水嶺為額敏河流域東界，東與和什托洛蓋鎮(zhèn)毗鄰，南至克拉瑪依市白堿灘一帶?？辈閰^(qū)地理坐標(biāo)為：東經(jīng)83°55′～86°00′，北緯45°40′～46°46′，東西長(zhǎng)約150 km，南北寬約110 km，面積為14 500 km2?？辈閰^(qū)包括鐵廠溝鎮(zhèn)、烏爾禾鎮(zhèn)等集聚區(qū)，以及農(nóng)七師和農(nóng)九師的兩個(gè)團(tuán)場(chǎng)，南部邊界緊鄰克拉瑪依市區(qū)；勘查區(qū)周邊陸運(yùn)交通發(fā)達(dá)，勘查區(qū)中心距離烏魯木齊市360 km，塔城市178 km。

1.2 勘查區(qū)地形地貌

勘查區(qū)中部的白楊河谷地(又稱(chēng)鐵門(mén)魯塔木谷地)，為一地塹式斷陷谷地，位于吾爾喀夏爾山―賽米斯臺(tái)山與扎伊爾山以北。是一個(gè)東西向延伸的山間谷地，西窄東寬，南北寬約20～50 km，東西長(zhǎng)百余公里，地勢(shì)西高東低；西部受丘陵臺(tái)地阻隔，形成馬依他通道，與西部的塔城盆地和托里盆地相連。根據(jù)遙感解譯統(tǒng)計(jì)，山丘區(qū)面積占到54.14%，平原區(qū)面積占到45.86%。人工地貌影響利用土地利用類(lèi)型劃分資料進(jìn)行分析，按2000年一期遙感土地利用解譯對(duì)區(qū)內(nèi)耕地、林地、草地、工業(yè)與住宅用地、水域及水利設(shè)施用地等進(jìn)行目視解譯。解譯耕地699.58 km2，林地8 564.43 km2，草地87 004.48 km2，工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地35.64 km2，住宅用地292.26 km2，水域及水利設(shè)施用地693.75 km2，其他土地50 859.28 km2。

2 瞬變電磁法工作原理及裝置布置步驟

2.1 工作原理介紹

瞬變電磁(TEM)測(cè)深法屬時(shí)間域瞬變電磁法，是一種通過(guò)觀測(cè)地下物質(zhì)導(dǎo)電性差異，間接推斷解釋地質(zhì)構(gòu)造或地質(zhì)體分布的物探方法。TEM的中心回線裝置具體觀測(cè)方式是，首先在地面布置一正方形或長(zhǎng)方形線框作為發(fā)射線框，然后向線框內(nèi)通入一定電壓的直流電流，用觀測(cè)線圈觀測(cè)切斷電流后的瞬時(shí)磁場(chǎng)隨時(shí)間的衰減率。當(dāng)切斷發(fā)射線框電流后的瞬時(shí)礫在線框下產(chǎn)生渦電流，該渦流在數(shù)十毫秒內(nèi)向地下深部擴(kuò)散并衰減(煙圈效應(yīng))。在渦電流產(chǎn)生的同時(shí)還產(chǎn)生了二次磁場(chǎng)，二次磁場(chǎng)同渦電流一樣衰減。由于該二次磁場(chǎng)的衰減特征受地下物質(zhì)電性的影響，所以通過(guò)觀測(cè)磁場(chǎng)衰減特征，可以利用電磁學(xué)理論反過(guò)來(lái)推斷地下物質(zhì)的電性分布(反演)。一般來(lái)說(shuō)地下電阻率值越高，切斷電流后的二次磁場(chǎng)越強(qiáng)，同時(shí)向地下擴(kuò)散和衰減的速度越快。如此科通過(guò)TEM測(cè)深法觀測(cè)到深度方向的電性變化規(guī)律，間接推斷出巖石或沉積物類(lèi)型及地下水分布情況。

2.2 具體裝置及工作步驟

2.2.1 基本要求

瞬變電磁為本次物探勘查的主要方法之一，其目的在于了解工區(qū)地層結(jié)構(gòu)及隱伏斷裂發(fā)育范圍，控制深度400～600 m，納米瞬變電磁彌補(bǔ)瞬變電磁淺部50 m以內(nèi)的數(shù)據(jù),物理點(diǎn)位平面坐標(biāo)使用手持GPS確定，高程結(jié)合1:5萬(wàn)、1:10萬(wàn)地形圖圖切確定。

2.2.2 裝置工作參數(shù)的選擇

本次物探勘查瞬變電磁物探工作采用GDP-32Ⅱ多功能電法工作站瞬變電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定了野外采集設(shè)置參數(shù)，裝置和參數(shù)設(shè)置實(shí)驗(yàn)區(qū)選擇在地形地貌、地質(zhì)條件、工業(yè)設(shè)施、干擾水平等具有一定的代表性的地區(qū)，本次瞬變電磁野外數(shù)據(jù)采集采用中心回線裝置(見(jiàn)圖1)，依據(jù)下式通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定最佳野外數(shù)據(jù)采集參數(shù)，野外采集參數(shù)如下：發(fā)射線框大?。?00 m×200 m，接收線框10 000 m2，采集總延時(shí)244.1 μs，第一個(gè)窗口采樣時(shí)間53.14 μs，發(fā)射電流6～10 A，數(shù)據(jù)疊加次數(shù)256次以上。

2.2.3 野外數(shù)據(jù)采集參數(shù)的確定

發(fā)射線框大?。?00 m×200 m，接收線框10 000 m2，采集總延時(shí)244.1 μs，第一個(gè)窗口采樣時(shí)間53.14 μs，發(fā)射電流6～10 A，數(shù)據(jù)疊加次數(shù)256次以上，并且同時(shí)采集8 Hz、16 Hz、32 Hz三個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)，擇取效果最好的一組作為成果數(shù)據(jù)。

瞬變電磁測(cè)深(TEM)資料處理

3 資料處理過(guò)程

(1)從GDP設(shè)備中導(dǎo)出RAW數(shù)據(jù)文件，然后對(duì)RAW文件進(jìn)行平均文件AVG的制作。

(2)對(duì)AVG文件進(jìn)行編輯，剔除不用的測(cè)點(diǎn)，形成反演數(shù)據(jù)文件。

(3)利用美國(guó)ZONE公司提供的TEM一維反演軟件STEMINV對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的AVG文件進(jìn)行編輯，剔除跳點(diǎn)，最后進(jìn)行反演，形成電阻率-深度反演成果，提供資料解釋使用。

(4)納米瞬變電磁(NanoTEM)與瞬變電磁處理流程相同。

(5)NanoTEM和TEM反演成圖后可以分別輸出數(shù)據(jù)文件，然后人工手動(dòng)進(jìn)行文件合并，再重新網(wǎng)格化成圖，合并成圖后更利于資料解釋。

4 資料成果解釋分析

TEM測(cè)深是本次物探勘查的主要方法，由于TEM方法的特性，在增大深度的同時(shí)會(huì)減小淺部信息量，造成淺部數(shù)據(jù)分辨率低。針對(duì)這種情況，我們采用了與TEM方法完全重合的NanoTEM方法，其特點(diǎn)是探測(cè)深度淺，淺部信息充足，可以有效彌補(bǔ)大線框TEM方法造成的淺部信息量不足，以提高淺部分辨率及物探解釋的準(zhǔn)確度。通過(guò)本次勘查我們認(rèn)為將兩種方法結(jié)合可以十分有效的解決本勘查區(qū)水文地質(zhì)對(duì)地層、構(gòu)造的研究需要，結(jié)合鉆孔資料，可以有效劃分第四系、新近系以及侏羅系等；根據(jù)已完成TEM剖面，總結(jié)出勘查區(qū)地層及視電阻率之間的關(guān)系如下：第四系多以二元地層結(jié)構(gòu)為主，上部為砂土含量較少的砂礫石地層，下部為砂土含量較大的含土砂礫石地層，電阻率大于40 Ω·m，北部山前卵礫石、漂石為數(shù)百歐姆·米，第四系二元結(jié)構(gòu)的劃分結(jié)合鉆探資料分析多以高阻異常中心為界限；新近系砂、泥巖10～30 Ω·m，侏羅系砂、泥巖30～50 Ω·m，古生代基底(如石炭系灰?guī)r)大于100 Ω·m，成果顯示明了。詳見(jiàn)勘查區(qū)各個(gè)TEM剖面，該剖面的地質(zhì)解釋僅需要將鉆探資料層位對(duì)比電性層位的電阻率值即可確定地層層位和構(gòu)造情況。

表1 TEM推斷成果與鉆孔揭露地層對(duì)比表

圖2 井旁單點(diǎn)與鉆孔資料對(duì)比圖

圖2是WTB12線38號(hào)點(diǎn)與TK7的對(duì)比，從單點(diǎn)反演圖中可以看出按電性分為四部分：淺部40 m以上綠色區(qū)域電阻率較高(大于60 Ω·m)，物探推斷為第四系砂礫石；40～60 m黃色區(qū)域電阻率偏低(40～60 Ω·m) ，推斷為第四系含土砂礫石；60～120 m又有一段黃綠色偏高電阻率的區(qū)域，只靠物探資料難以推斷，結(jié)合鉆孔資料，推斷為新近系砂巖、礫巖互層；120 m以下黃紅色區(qū)域電阻率最低(小于30 Ω·m)，結(jié)合鉆孔資料推斷為新近系砂、泥巖互層。主要層位劃分之后，再根據(jù)鉆孔柱狀圖進(jìn)行細(xì)化，如圖中TK7鉆孔揭露第四系厚度52.8 m，對(duì)應(yīng)的TEM單點(diǎn)反演電阻率為46 Ω·m，以此推斷淺部46 Ω·m以上電阻率為第四系覆蓋層，再舉一反三對(duì)整條剖面進(jìn)行電性劃分，如物探剖面線上沒(méi)有鉆孔則以相鄰剖面的鉆孔為參考。 TEM方法在本勘查區(qū)內(nèi)的水平分層效果很好，物探工作量大，分布均勻合理，使得全區(qū)的整體解釋更精確、更合理。表11是物探解釋與鉆孔揭露第四系厚度的對(duì)比。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)TEM方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的速度快、成本低，是新疆水文地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用中普遍的方法之一。在本次工作區(qū)內(nèi)通過(guò)TEM方法發(fā)現(xiàn)了四處第四系沉降中心，成功解決了一部分水文地質(zhì)問(wèn)題，為進(jìn)一步調(diào)查提供了基礎(chǔ)資料。通過(guò)第四系覆蓋層厚度找水屬于間接找水，第四系含水層與地層厚度、顆粒大小及地下水位等因素相關(guān)，不能僅依據(jù)厚度進(jìn)行判定，比如在本工區(qū)的北部山前，第四系厚度大、顆粒粗，但水位埋深很深，出現(xiàn)成井水量小的情況。僅靠TEM方法還不能完全解決找水問(wèn)題，例如含水層和隔水層的互層問(wèn)題、水位埋深問(wèn)題等，還需其他物探方法和水文地質(zhì)手段解決，為水文地質(zhì)調(diào)查工作服務(wù)。

(2)勘查區(qū)內(nèi)新近系分布廣泛，以砂巖為主的地層富水性較好，厚度大，多數(shù)地區(qū)物探方法沒(méi)有探測(cè)至新近系底板，僅以物探推測(cè)最大深度假定為新近系底板繪制新近系等厚度圖，分析其分布及沉降規(guī)律：白楊河谷地新近系在莫合臺(tái)-阿臘勒-沖帕孜三角帶形成拗陷中心，中心帶厚度大于500 m，最厚處可達(dá)750 m，白楊河一帶300～450 m，東部區(qū)一帶為150～300 m。

(3)通過(guò)勘查，提交了所有物探工作剖面的推斷解釋成果和白楊河勘查區(qū)第四系等厚度圖、新近系等厚度圖、第四系底板標(biāo)高等值線圖，推斷了勘查區(qū)構(gòu)造的分布及展布特征，有效地指導(dǎo)了水文地質(zhì)勘查工作。

P641.5+4

B

1004-1184(2017)06-0130-02

2017-08-25

涂勇剛(1984-)，男，寧夏銀川人，工程師，主要從事物探方面工作。