王東華

(山西省水文水資源勘測局，山西 太原 030001)

近年來，由于地下水開發(fā)需求區(qū)域的擴(kuò)大，隨之而來的地形條件、交通、城鎮(zhèn)建筑物等的影響，使傳統(tǒng)的直流電法勘探受到了嚴(yán)重制約，而可控源音頻大地電磁法(CSAMT)勘探，以受地形及場地條件影響小、勘探深度大、效率高等特點，在山區(qū)、丘陵區(qū)以及缺水地區(qū)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。因此，充分利用電磁法參數(shù)的特征，對研究、查明地下水分布特點、儲水地質(zhì)構(gòu)造、提高成井率是十分重要的。本文在討論大地電磁法參數(shù)特點的基礎(chǔ)上，以地下水勘測的實例，討論電阻率與阻抗相位在地下水儲水地質(zhì)構(gòu)造的特點和應(yīng)用效果。

1 CSAMT電阻率與阻抗相位特征

在可控源音頻大地電磁法勘測中，得到的兩個主要參數(shù)是視電阻率與阻抗相位。視電阻率是常用參數(shù)，它主要表示大地電磁場頻譜的振幅特征，反映了地層導(dǎo)電性能，并通過導(dǎo)電性能的特征分析、了解各類地層的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和含水性能，從而達(dá)到地下水勘查的目的。

阻抗相位主要表示電磁場的相位特征，即信號的超前或滯后關(guān)系。

它與視電阻率資料同屬于總體地層資料的反映，是從不同角度反映電磁信號以不同頻率在地下傳播時的特點。阻抗相位資料和視電阻率資料的主要變化，乃是地層介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)基本特征層位的反映，這也是大地電磁法能達(dá)到勘探目的客觀基礎(chǔ)。此外，資料還表明, 阻抗相位資料的主要變化特征比視電阻率資料的主要變化特征超前，阻抗相位參數(shù)與電阻率參數(shù)相比，能克服隨機(jī)噪聲的干擾，有較強(qiáng)的抗噪聲干擾能力，因此，綜合應(yīng)用阻抗相位與電阻率解釋勘測資料，可以從新的、與單一視電阻率資料不同的角度提供信息，從而提高了電磁法勘測資料的解釋精度。

2 應(yīng)用電磁法參數(shù)研究隱伏巖溶儲水構(gòu)造

在北方巖溶區(qū)，除了裸露基巖區(qū)可調(diào)查地層產(chǎn)狀特征、巖溶裂隙發(fā)育情況外，大部分屬于隱伏巖溶區(qū)，上覆厚層第四系、第三系松散層。因此，對巖溶水儲水構(gòu)造的調(diào)查需要應(yīng)用地球物理勘查技術(shù)。由于交通、地物等所限，可控源音頻大地電磁法成為主要調(diào)查手段。

調(diào)查研究區(qū)GC屬于巖溶泉域的補(bǔ)給徑流區(qū)，地貌上屬于山間盆地，地勢平坦，第四系第三系粘土、亞粘土厚度普遍大于100m。由于松散層中無厚層含水層，解決生活與生產(chǎn)水源的主要目標(biāo)是開發(fā)奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶地下水。測線布置如圖1所示，測線方向近東-西向，大致垂直區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造方向。

圖1 GC測區(qū)CSAMT測線布置圖

圖2 CSAMT電阻率與相位斷面圖

圖2是應(yīng)用可控源音頻大地電磁法勘測得到的電阻率ρ與相位Pha斷面。兩圖都表明，水平方向的電阻率與相位等值線呈非連續(xù)性分布，即地層的連續(xù)性受到地質(zhì)構(gòu)造影響。在電阻率斷面中，反映左段的低電阻率層厚度約120 m左右，右段的低電阻率層厚度約200 m左右，表明了第四系與第三系松散層的厚度在斷面兩端相差約80 m；而且在3～4號測點間，電阻率等值線出現(xiàn)了向下凹陷。根據(jù)這一特征推斷，位于3～4號測點間有斷層通過；在相位斷面上，在對應(yīng)部位保持了與電阻率斷面的基本一致的特征，但在反映地質(zhì)構(gòu)造方面，相位斷面等值線有更加明顯的特征：(1)反映松散層與基巖界面清晰，斷面上部密集的相位等值線，反映了松散層與下伏石灰?guī)r間的相位等值線由有較大的變化梯度；(2)反映斷層上升、下降盤比電阻率斷面明顯。在3～4號測點間斷層通過處，兩盤之間有明顯的高相位區(qū)(對應(yīng)低電阻率區(qū))，反映了由地質(zhì)構(gòu)造引起的破碎帶及巖溶?？梢?，電阻率與相位兩參數(shù)斷面從不同角度反映了測區(qū)的巖溶儲水構(gòu)造。

區(qū)域巖溶地下水資料表明，本區(qū)巖溶水水位埋深130 m。根據(jù)電阻率斷面與相位斷面特征，認(rèn)為測線的4號測點處位于斷層帶、又靠近斷層的下降盤上，在此確定了深井位置，鉆井450 m，鉆井巖芯破碎、巖溶裂隙發(fā)育，證明了電阻率與相位參數(shù)反映的斷裂構(gòu)造是存在的。采取奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶水，每小時水量50 T。

本例表明，電阻率斷面雖然反映了斷層形態(tài)，但在反映地層界面與斷層破碎帶與巖溶位置方面，不及相位斷面清晰，綜合利用兩參數(shù)斷面分析儲水構(gòu)造，不僅資料得到了互相印證，而且較準(zhǔn)確地確定了水井位置。

3 對山前階梯狀斷裂儲水構(gòu)造的研究

調(diào)查區(qū)屬于山前丘陵區(qū)，地形由SE向NW方向傾斜，如圖3所示。厚層黃土覆蓋，據(jù)資料，下伏基巖為三疊系劉家溝組砂、頁巖。直流電法勘探由于受到地形影響，用物探方法調(diào)查儲水構(gòu)造的工作難以實施。前人在沒有查明地質(zhì)構(gòu)造的情況下，多次僥幸打井，均因水井無水而失敗，于是片面地將測區(qū)判為貧水區(qū)，附近村民生活水源長期得不到解決，發(fā)展生產(chǎn)受到嚴(yán)重制約。

圖3 ZC測區(qū)測線位置

調(diào)查人員在充分研究區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，認(rèn)為測區(qū)屬于山前階梯狀斷陷區(qū)，如何能設(shè)法找到與山體走向平行的斷裂構(gòu)造，是尋找砂巖儲水構(gòu)造的關(guān)鍵。于是，垂直山體走向，布置了如圖3所示的兩條勘測剖面線，應(yīng)用可控源音頻大地電磁法進(jìn)行調(diào)查研究，得到了如圖4所示的相位斷面(本區(qū)電阻率斷面分析從略)。兩斷面有十分相似的特征，均在測線的260 m附近出現(xiàn)了階梯狀跳躍，密集的垂向等值線條帶，表示斷裂帶，白色區(qū)域表示低相位區(qū)，對應(yīng)高電阻率區(qū)；灰色、黑色部位表示高相位區(qū)，對應(yīng)地層的低電阻率區(qū)域?？梢?，斷面的左側(cè)為基巖下降區(qū)域，即測線的NW區(qū)域，表明了地層由SE向NW斷陷的特征。據(jù)此，推斷出如圖3所示的斷裂構(gòu)造，圖中用白色線條所示。并在2測線的斷層下降盤處布置了水井位置。鉆井地層為三疊系劉家溝組厚層砂巖，水井每小時水量40 T，解決了黃土丘陵區(qū)農(nóng)村ZC一帶的群眾生活用水和發(fā)展大棚蔬菜水源，重要的是改變了當(dāng)?shù)匾恢北欢樨毸畢^(qū)的錯誤結(jié)論，可利用本地質(zhì)調(diào)查資料，作為進(jìn)一步規(guī)劃、開發(fā)、利用基巖地下水的科學(xué)依據(jù)。

圖4 ZC測線CSAMT相位斷面

本例介紹了充分利用測線的相位斷面資料，確定了山前階梯狀斷裂的位置，也說明利用相位斷面追蹤斷裂構(gòu)造的優(yōu)勢?？梢韵胍?，如果相位斷面沒有異常特征反映，則不能定論有斷裂構(gòu)造通過兩測線，只能延長兩線的勘測長度，繼續(xù)追蹤構(gòu)造行跡。

4 丘陵區(qū)隱伏砂巖儲水構(gòu)造的勘查研究

調(diào)查區(qū)橋頭村，位于黃土丘陵區(qū)，下伏基巖為三疊系砂巖。地面平坦，但溝谷發(fā)育。歷史上沒有認(rèn)真布置地質(zhì)與物探勘測工作，沒有科學(xué)依據(jù)，盲目地認(rèn)為，溝谷必定與構(gòu)造有關(guān)，選擇井位失誤，三次打井失敗，測區(qū)被錯判為無地質(zhì)構(gòu)造、更無基巖裂隙水，生活供水依靠遠(yuǎn)途引水解決。

勘測研究人員應(yīng)用可控源音頻大地電磁法在村周邊調(diào)查的基礎(chǔ)上，把測線移到了村東，如圖5所示測線1、測線2。在兩測線上測得的資料基本一致，得到了互相驗證。圖6為1測線電阻率與相位斷面圖。

圖5 橋頭村測線位置

由電阻率斷面可知，剖面中部2～5號測點之間，電阻率分布凌亂，與兩側(cè)電阻率等值線在水平方向上極不連續(xù)，為明顯的低阻區(qū)，并一直延伸到剖面底部。相位斷面與電阻率斷面對應(yīng)特征十分明顯：位于1～2號測點之間，反映基巖頂界面埋深約120 m，位于6～7號測點之間，反映基巖頂界面埋深為80 m，3～5號測點之間為基巖破

碎帶，反映為向下延伸的高相位區(qū)，與電阻率剖面的低阻區(qū)域相對應(yīng)，且高相位等值線向深部延伸的800 m深度，也與電阻率斷面的低阻區(qū)域相對應(yīng)。在兩參數(shù)斷面中，相位斷面反映地層界面比電阻率斷面清晰，兩斷面特征起到了互相驗證、優(yōu)勢互補(bǔ)的作用。

圖6 橋頭CSAMT電阻率ρ與相位Pha斷面圖

圖7 鉆井巖芯

根據(jù)上述特征，水井位置選擇在1測線5號測點處，鉆井450 m，巖芯破碎，如圖7所示，證明了是斷層破碎帶，水量每小時50 T，解決了村民生活供水，并提供了發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水源，糾正了多年來橋頭地區(qū)被判為貧水區(qū)的錯誤結(jié)論。

本例特點表明，相位斷面反映地層界面清晰，即松散層底板、基巖頂板埋深清晰，但在反映深部地層破碎形態(tài)方面，電阻率斷面明顯，其等值線圈的凌亂，充分反映出砂巖在斷裂構(gòu)造影響下的破碎、不完整形態(tài)。兩參數(shù)的互相印證，保證了水井位置選擇的精度。

5 結(jié)語

電阻率與相位參數(shù)是可控源音頻大地電磁法勘測中的主要參數(shù)，綜合利用兩參數(shù)分析研究地下儲水構(gòu)造，起到了互相印證，優(yōu)勢互補(bǔ)的作用。尤其相位參數(shù)可以抵抗勘測中的噪聲干擾，反映地層界面清晰，能準(zhǔn)確反映地質(zhì)構(gòu)造特征，對資料的定量分析解釋也有重要作用?？辈檠芯咳藛T由于抓住了上述參數(shù)特點，因此，在長期缺水的黃土丘陵區(qū)和盆地隱伏基巖區(qū)，找到了基巖儲水構(gòu)造，開發(fā)出豐富的地下水水源。

[1]湯井田，等.可控源音頻大地電磁法及其應(yīng)用.中南大學(xué)出版社.2005.

[2]晉光文.大地電磁阻抗相位資料的特點和應(yīng)用.地震地質(zhì).1988.12.

[3]鄺 廣.相位參數(shù)的效果分析.中國煤田地質(zhì).1999.12.