陳忠 紀(jì)瑞元 盧誠

摘要：用小發(fā)射回線、大電流供電的TEM勘查新疆維吾爾自治區(qū)西北山前沖洪積平原工區(qū)內(nèi)的地下水源地，結(jié)果顯示：依據(jù)電阻率差異，工區(qū)內(nèi)劃分出三個含水地層單元——淺部次低阻層含水層、中部高阻層含水層和深部低阻異常層；工區(qū)內(nèi)地下水開發(fā)利用應(yīng)以中部高阻層含水層為主，取水位置≥30m；深部低阻異常層含水量小，透水性差，為天然隔水層；國內(nèi)的TEM儀器在地形復(fù)雜地區(qū)勘查地下水源地是有效的。

關(guān)鍵詞：TEM；沖洪積平原；地下水源地；電阻率

1.引言

在新疆維吾爾自治區(qū)西北的山前地區(qū)，受地形切割強(qiáng)烈、地勢陡峭等因素的影響，在水流沖刷下，常搬運(yùn)、沉積磨圓差、分選性不好的山前沖洪積物，表現(xiàn)為地層中主要為顆粒較粗的礫石、砂。另外，由于當(dāng)?shù)氐匦吻懈顝?qiáng)烈，在山前低洼處常形成小型湖泊，沉積了顆粒較細(xì)的土層。沖洪積物及土層形成了山前沖洪積平原，常表現(xiàn)為礫石層、砂層與土層間隔沉積、相互交錯疊加的地層分布。顯然，礫石層、砂層是良好地下水源地。勘查地下水源地時，常利用能反映地層電阻率不同大小的地球物理勘查方法[1、2]，通過電阻率不同大小對地層進(jìn)行劃分，從而勘查出地下水源地。而瞬變電磁法（TEM）因為對低阻層分辨率高，穿透能力強(qiáng)，勘查深度大，能清晰顯示地下水源地埋藏位置，因而被廣泛應(yīng)用于地下水源地勘查。

在新疆維吾爾自治區(qū)西北地區(qū)，由于降水量少，地下水補(bǔ)給主要來自于雪融水，補(bǔ)給量??；加上山前地區(qū)沉積物粗，孔隙大，導(dǎo)致地下水位面埋深大，所以，地下水源地勘查深度大。提高TEM的勘查深度，必須采用大發(fā)射回線工作方式[3]，但這種勘查方式效率低，同時，由于山前地形復(fù)雜，難以開展大發(fā)射回線的測線布置、數(shù)據(jù)采集。

作者基于西北山前地區(qū)地形、地貌特征，采用輕便型大電流發(fā)射正負(fù)方波瞬變電磁儀系統(tǒng)，證明用小發(fā)射回線、大電流供電的TEM能被用于地形復(fù)雜山前沖洪積平原地下水源地勘查，供同行類似工作條件、類似勘查時借鑒參考。

2. TEM勘查原理

工區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部阿爾泰山西南邊緣，瀕臨國境線，目的是探明地下水水源地及地下水賦存情況，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、旅游業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的后備水資源[4、5]。為達(dá)到勘查目的，勘查工作利用TEM對工區(qū)范圍內(nèi)的地下水水源地開展剖面的測量、解譯工作，并進(jìn)行鉆探驗證。

瞬變電磁法（Transient Electromagnetics Method，TEM）是以巖石的導(dǎo)電性與導(dǎo)磁性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間隙期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場，并研究二次渦流場的空間與時間分布規(guī)律。由于二次渦流場與物質(zhì)的導(dǎo)電性相關(guān)從而獲得巖石的電阻率，利用電阻率大小來分析諸如含水層的地下異常體（圖1）。

TEM具有以下優(yōu)點：（1）斷電后觀測純二次場，不受一次場干擾，發(fā)現(xiàn)地下異常體能力強(qiáng)；（2）不受高阻層屏蔽，能克服低阻覆蓋層的影響，穿透能力強(qiáng)，探測深度大，一般幾百米，最深可達(dá)1km以上；（3）受地形影響小。在高阻圍巖地區(qū)不會產(chǎn)生地形起伏影響而造成的假異常；在低阻圍巖地區(qū)，由于是多道觀測，早期地形起伏影響也較易分辨；（4）對低阻層分辨率高，能清晰顯示地下異常體埋藏的相對位置；（5）工作裝置形式靈活多樣，剖面測量和測深工作可同時完成，工作效率高，信息量大，可以減少多解性；（6）儀器輕便、功率大，供電困難的地區(qū)能正常開展工作。

與傳統(tǒng)直流電法相比[6]，TEM具有上述6個優(yōu)點，所以，在地質(zhì)找礦、地下水源地勘查等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但由于國外生產(chǎn)的瞬變電磁儀售價昂貴，發(fā)射功率小，要解決深部勘查問題必須采用大發(fā)射回線工作方式。但生產(chǎn)效率低，在復(fù)雜地形條件下大發(fā)射回線難以開展工作等因素的影響，國內(nèi)的推廣應(yīng)用受到限制。而國內(nèi)開發(fā)的輕便型大電流發(fā)射正負(fù)方波瞬變電磁儀系統(tǒng)，用小發(fā)射回線、大電流供電，為TEM用于深部地下異常體勘查創(chuàng)造了條件。本次工作采用中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）高科資源探測儀器研究所生產(chǎn)的CUGTEM-8型瞬變電磁儀。

3. TEM勘查工作

3.1測線布置

勘查的范圍1.6km×1.6km，近似倒梯形。在工區(qū)內(nèi)布置了四條橫貫工區(qū)的“井”字形測線，測線編號分別為8線、11線、12線、13線（圖2）[7、8]。

3.2地層、電性特征

工區(qū)地貌上屬于山前沖洪積平原，基底巖性為第三系的泥巖、砂質(zhì)泥巖和砂巖。第四系分布廣泛，以沖洪積砂礫石為主的第四紀(jì)更新世地層覆蓋在以第三系為基底的高階地和平原上；以粉砂、粉質(zhì)砂土及粘土為主的第四紀(jì)全新世地層主要分布于河流谷地、河漫灘和三角洲地帶[9]。

工區(qū)物性特征[10]：（1）中粗的砂、卵礫石電阻率一般大于300Ω？m，工區(qū)內(nèi)高阻標(biāo)志層；（2）粉砂、粉質(zhì)砂土及粘土的電阻率100Ω？m～250Ω？m，工區(qū)內(nèi)次低阻層；（3）泥巖、砂質(zhì)泥巖和砂巖電阻率一般小于100Ω？m，工區(qū)內(nèi)低阻標(biāo)志層。

3.3勘查結(jié)果

對采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過野外施工數(shù)據(jù)質(zhì)量簡單判別→數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)備工作→輸入采集數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)預(yù)處理向?qū)А鷷r間道設(shè)置→數(shù)據(jù)濾波處理→完成解釋圖，得到測線剖面電阻率異常特征及綜合地質(zhì)解釋（圖3）

3.4鉆探驗證

基于含水層的延展性，在13線上設(shè)計了ZK13-1鉆孔，鉆孔深度160m，鉆探結(jié)果：0～9.6m粉砂層；9.6m～32m粉土層；32m～78m卵礫石層；78m～160m第三紀(jì)砂巖和第三紀(jì)泥巖互層（圖4）；地下水位埋深2.6m，TEM成果與鉆探結(jié)果基本吻合。

4.結(jié)論

（1）依據(jù)電阻率差異，工區(qū)內(nèi)劃分出三個含水地層單元：①淺部次低阻層含水層。地表至10m～30m，該層含水介質(zhì)由粉砂、粉質(zhì)粘土及粘土等組成，接受大氣降水、地表徑流補(bǔ)給，地下水更新緩慢，蒸發(fā)濃縮作用強(qiáng)，地下水礦化度較高；②中部高阻層含水層。地面以下10m～30m至80m～100m，主要為第四系含礫中—粗砂層、細(xì)砂層，厚度大，多孔隙，透水性好，是周邊山前冰雪融水和泉水匯成河水的主要通道，地下水礦化度較低，是良好的水源地；③深部低阻異常層。地面以下80m～280m，為第三系上部泥巖、泥質(zhì)砂巖及砂巖的互層，顆粒較細(xì)且含有一定水分，形成了電的良導(dǎo)體，形成底部低阻異常，經(jīng)鉆探驗證，該層透水性弱，為隔水層。

（2）地下水開發(fā)利用應(yīng)以②層為主，取水位置≥30m，近③層位置。鑿井施工中對地表至30m深度范圍內(nèi)采取止水措施，防止混采淺層咸水。

（3）工區(qū)③層為第三系泥巖與砂巖互層，由于泥巖與含水砂巖電性特征相近，物探方法不能有效區(qū)分。經(jīng)鉆探驗證，該層含水量小，透水性差，為天然隔水層，不宜做取水位置，工區(qū)施工水源井，遇泥巖或砂巖即可終孔。

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