徐 坤，杜 發(fā)，王 鵬，李小慶，國吉安

(1.陜西地礦第二綜合物探大隊，陜西 西安 710016；2.甘肅省地礦局第二勘查院，甘肅 蘭州 730020；3.西安北方惠安化學有限公司，陜西 西安 710302)

我國干旱、半干旱面積達500多萬 km2，占國土面積的52%[1]。某些地區(qū)，工、農業(yè)用水嚴重缺乏，甚至人、畜飲用水都有很大困難，那么利用間接手段來尋找地下水顯得非常重要。目前，電磁法在地下水勘查中已經(jīng)被廣泛應用。常見的方法有甚低頻法、瞬變電磁法、激發(fā)極化法、直流電法以及近年來發(fā)展起來的可控源音頻大地電磁法[2][3]。

基于天然場源的大地電磁測深法(MT)具有勘探深度大，分辨能力強，觀測效率高等優(yōu)點[4]，被廣泛應用于大地構造、工程地質、油氣勘探、礦產詳查、地熱調查等領域。我們應用該方法在陜北某地區(qū)尋找地下水，取得了令人滿意的效果。

工作區(qū)大地構造位置屬于鄂爾多斯地塊邊緣海疊加內陸盆地。由于鄂爾多斯盆地地勢相對平緩，盆地內部無大型構造運動，因而地層發(fā)育較為簡單，多為河谷沖刷揭露，且普遍受地形因素控制。區(qū)域地層包括三疊紀和晚二疊紀全部巖性。工區(qū)主要出露中生代三疊系和新生代第四系等。

三疊系是本地出露的主要地層，巖性主要為長石砂巖與砂質泥巖、泥巖互層，局部夾磁鐵條帶與鈣質結核。第四系在本地大面積出露，主要作為覆蓋層沉積接觸于三疊系之上，兩者間存在一個明顯的不整合面，表明本區(qū)在三疊紀之后經(jīng)歷了一段時間的剝蝕作用底棲生物主要為蕨類植物、孢粉、介形蟲和昆蟲等。

1 野外數(shù)據(jù)采集

MT是一種天然源頻率域物探技術方法，它是通過觀測電場和磁場的變化特征來探測地下的電性結構。電磁波在地下傳播時，地表觀測的電磁場值包含了地下介質的電性信息，受趨膚效應影響，高頻率電磁波衰減很快，低頻率電磁波衰減慢，這樣通過研究地表不同頻率的電磁場響應，就能獲得不同深度范圍內的電阻率特征。

外業(yè)工作布置了一條MT剖面，測線方向0°。野外布極方式為“十”字型，四分量測量，即Ex和Hy，Ey和Hx。布站時，用測繩確定電極距，森林羅盤控制方位角，同時借用水平尺確保磁探頭放置水平，野外施工嚴格按照有關規(guī)范標準執(zhí)行。使用加拿大鳳凰公司生產的MTU-5大地電磁采集系統(tǒng)，其自帶GPS定位系統(tǒng)。能夠分頻率分時間采集數(shù)據(jù)，這是目前國際最先進的寬頻大地電磁測深系統(tǒng)。

測區(qū)溝壑較多，為保證采集質量，盡量選取平坦位置布設測點。另外，工作區(qū)內信號塔、變壓器、人文活動等因素對數(shù)據(jù)有一定的干擾，項目組盡了最大努力來保證數(shù)據(jù)質量，如增加觀測時間或在夜間干擾較小時段觀測等。

2 資料處理

2.1 資料預處理

平面電磁波的波阻抗定義為Z=E/H，在各向同性介質中，電場E和磁場H相互正交。

其中ρ為地表的視電阻率值，是地下介質不同深度范圍內電阻率分布的綜合反映。

為了獲得高品質的數(shù)據(jù)處理結果，在室內對每個MT原始時間序列進行了進一步處理，包括Robust[5][6]處理技術、遠參考技術[7]、功率譜挑選、阻抗張量分解[8]等，達到了抑制干擾，提高資料性噪比的目的。

2.2 MT反演

大地電磁一維反演相對簡單，理論與方法已非常成熟。常用的一維反演方法有梯度法，高斯牛頓法、馬夸特、自適應正則化(ARIA)反演[9]、Bostick頻深轉換[10]、OCCAM反演[11]等。國內外常用的二維反演有deGroot-Hedlin等人提出的二維OCCAM[12]、Siripunvaraporn等人改進的REBOCC反演[13]、SBI[14]反演、ABIC反演[15]、非線性共軛梯度(NLCG)反演[16]、大地電磁二維快速松弛RRI反演[17]等。

數(shù)據(jù)反演中，首先對功率譜挑選后的數(shù)據(jù)進行一維反演，以其為初始模型進行二維反演。反演選取非線性共軛梯度算法(NLCG)，正演采用交錯網(wǎng)格有限差分法。初始階段收斂非?？欤谥笫諗糠浅Ｂ?，為獲得可靠的反演模型，需要大量的迭代次數(shù)。通過對大地電磁測深數(shù)據(jù)進行不同參數(shù)(包括正則化因子、誤差限、水平及縱向因子等)、不同模式的反演計算，獲得了多種電性結構模型。結合已有地質資料，對比、分析反演模型，確定了最為合理的地電模型。

3 綜合成果解譯

3.1 推斷解釋依據(jù)

1)巖石地層的電阻率與自身性質和賦存物質有關，松散的砂巖、礫巖孔隙度大、含水性強，阻值低于致密砂巖；粘土類、泥巖表現(xiàn)為低阻；白云巖、灰?guī)r阻值中等或偏高，但在破碎帶或含水位置阻值會明顯低于圍巖；火成巖與變質巖阻值為高阻。2)厚層、穩(wěn)定、巖性單一的巖層在反演電阻率斷面圖上，表現(xiàn)為一穩(wěn)定的電性層；薄層、變化大、不均勻的巖層在反演電阻率斷面圖上，表現(xiàn)為一透鏡體狀的電性結構層。3)當電阻率等值線在小范圍內有明顯梯度變化或某一處兩側電阻率存在明顯差異，可解釋為巖性界面。

(a) (b)

3.2 電性解釋

3.2.1 單點曲線分析及反演

在大地電磁測深中，對實測曲線類型的分析、比較，是資料解釋中必不可少的一部分。通過對實測視電阻率曲線分析，能夠大體上得到測點下方介質電阻率值隨深度的整體變化特征。不同的曲線類型反映了地下不同的電性分布特征，如電性層個數(shù)、厚度、埋深和各電性層電阻率值變化情況。為剖面某一測點的實測視電阻率響應曲線,不難看出，曲線類型為KHK型，電阻率值表現(xiàn)為低-高-低-高-低的變化特征，大致分為5個電性層。TE模式與TM模式首支重合(黑色方塊為TM模式，黑圓點為TE模式)，表明淺部電性介質為一維構造，地質構造簡單，電性體結構比較穩(wěn)定。低頻部分，兩種模式響應曲線分離，指示深部介質表現(xiàn)為較強的二維構造(見圖1)。

3.2.2 二維反演

從地電模型中來看(見圖2)，在縱向上，電阻率等值線分層明顯，由淺部及深部，電阻率值呈明顯的高、低變化特征，體現(xiàn)為低、高、低的層狀分布結構。如圖2，該剖面的視電阻率最小值約1 Ω·m，最大值大于900 Ω·m，整個剖面呈現(xiàn)的是低—高—低三層結構。地面以下50 m左右為第一層，視電阻率小于100 Ω·m，此層不穩(wěn)定，向大號點傾斜加深。深度50～2 200 m之間為第二層，視電阻率普遍大于60 Ω·m，中間夾有低阻透鏡體。深度2 200 m以下電阻率普遍較低。結合區(qū)域地質資料及鄰區(qū)鉆孔資料，大致分層如下：第一電性層為第四系(Q)，厚度50 m左右，第二電性層為三疊系(T)，厚度900 m左右。第三電性層為石炭系-二疊系(C-P),厚度800 m左右。第四電性層為元古界—奧陶系(Pt-O)。

Q:第四系；T:三疊系；C-P:石炭系-二疊系；Pt-O:元古界-奧陶系

4 地下水資源分析

由區(qū)域地形條件看，測區(qū)位于黃河岸邊、地勢低緩，大氣降水、河水補給較為充沛；上部三疊系地層厚度數(shù)百米，由地質資料看，三疊系地層巖性主要為砂巖，粉砂巖、泥巖等，前者具有一定的透水性，后者具有一定的阻水性，由物探成果圖2看，推斷的三疊系地層中出現(xiàn)較具規(guī)模的、近于水平的低阻帶兩層，上層深度200～300 m左右，下層深度800～900 m左右(白色虛線)，低阻上頂含水較為豐富，可作為取用地下水的主要層位。沿垂向，穿過三疊、石炭、二疊后進入奧陶系地層，其巖性主要為灰?guī)r，其中可能存在的裂隙水、溶洞水，水質較好，但頂板埋深在2 000 m左右(白色虛線)，取用成本高。

5 結語

通過本次大地電磁測深勘查，初步推斷了區(qū)內剖面控制范圍內2 500 m以淺的電性分布特征，結合區(qū)域地質資料，劃分出了地下垂向的地層分布，即：第四系厚度0～50 m左右、三疊系厚度900 m左右、石炭-二疊系厚度800 m左右，奧陶系頂部埋深1 800 m左右。推斷出三疊系中含有較為豐富的地下水，可供開采利用。依據(jù)大地電磁測深反演成果，為開展該地區(qū)的地下水資源評價提供了科學依據(jù)，同時也說明了大地電磁測深法在地下水勘查方面有著很好的效果，并且發(fā)揮著重要的作用。

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