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1、瞬变电磁探测岩溶水的应用效果 田卫东（山西煤田水文地质二二九队，太原 030006）摘要：岩溶含水岩组及断层破碎带的电阻率与其完整的围岩有明显的电性差异。在多测道电压（V/I）剖面图上显示为双峰异常，在视电阻率（）断面图上显示为低阻异常，为在直流电法无法开展的地区进行找水，圈定富水地段、确定井位提供了依据。关键词：瞬变电磁；岩溶水；双峰异常；低阻异常中国分类号： 文献标识码： 文章编号：引言山西矿产资源丰富，而水资源奇缺，严重制约了山西能源基地建设的步伐，为此，山西广大地质工作者奋斗了近50年。在以往的找水方法中一般采用地质与物探相结合的方法，其中的物探方法中多采用激发极化法（简称IP法），在
2、山西应用视电阻率（s）、视极化率（s）、视激发比（Js）和视衰减度（Ds）等参数确定井位划分含水层段效果显著。但该方法工作效率低，成本较高，仪器供电电流较小，抗干扰能力差，深部地层二次场信号采集不准，又受地形条条限制等因素，已经不能满足探测的需要。近年来瞬变电磁法的推广应用，又在物探找水方法上开辟了新的途径，使在IP法无法开展的地区，利用瞬变电磁法快速、有效地圈定富水地段，为确定井位提供了依据。瞬变电磁法（TEM）是近年发展并推广起来的一种新方法，它是以接地导线或不接地回线通以脉冲电流做为场源，以激励探测目的物感生二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应。二次场从产生到结束的时间是短暂的
3、。这就是“瞬变”名词的由来。该二次场的大小及衰减快慢与地下地质体有关，根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模、产状等。由于该方法是纯二次场观测，故与其它电性勘探方法相比，具有体积效应小，纵横向分辨率高，对低阻反映灵敏等特点。是解决水文地质问题较理想的探测手段。山西五麟集团吕粱焦化股份有限公司拟在汾阳市三泉镇一带建设年产100万吨焦炭，20.6发电机组及化工产品的项目，年需水量530万吨。目前该区已有的几眼松散层水井远远不能满足生产用水需要，因此，需要开发本区岩溶地下水资源。受该公司的委托，在该区进行了岩溶地下水地面电法勘探。先期施工选用激发极化法，但由于高压线上万伏的
4、高频电磁和地下工业游散电流的干扰，致使激发极化测深工作在150米以后采集的数据重复性较差，不能采用，故决定改用瞬变电磁法进行偿试。1 地质地球物理特征1.1 地质特征试验区自下而上的地层为寒武系、奥陶系、石炭系、第三系、第四系。缺失二叠系且石炭系被剥蚀也不完整。寒武系岩性为一套浅海陆相粗砂岩、泥岩、页岩、鲕状灰岩及白云岩等组成的碎屑岩碳酸盐岩，厚度280500m；奥陶系岩性为一套灰岩、白云质灰岩及少量泥灰岩组成的浅海陆相碳酸盐岩，厚度425653m；石炭系岩性现存的有砂岩、砂质泥岩、铝土岩，厚度540m，平行不整合于奥陶系中统灰岩之上；第三系、第四系为松散的砂砾石、砂质粘土、粘土等，厚1301
5、60m与下伏地层呈角度不整合接触。1.2 地球物理特征区内第三系、第四系松散层电阻率为20100.m；石炭系砂岩、砂质泥岩的电阻率为1540.m;完整的灰岩电阻率大于500.m；岩溶裂隙发育带充水后电阻率60300.m。可见，岩溶含水岩组与其整状的灰岩有明显的电性差异，满足瞬变电磁的特长在高阻环境下寻找低阻异常。2 工作方法及地质成果2.1 工作方法本次探测使用WDC-2B型瞬变电磁仪，采用重叠回线装置进行观测。点距50m,测线长度1.5km。回线边长：L=200200m工作电压：24V供电电流：89A叠加次数：1024次发射周期：20ms(117取样道)关断时间：250S延迟时间：350S2
6、.2 资料处理与解释本次观测的瞬变电磁各测点衰减曲线比较光滑，从早期至晚期测道基本没有出现锯齿状的干扰异常，除个别测点的第17道数据受到干扰有些畸变外，其余各点117道数据基本可以直接利用，无需进行滤波处理。可见，观测的数据质量非常可靠。经室内数据处理，对原始曲线进行整理和分析后，归纳出地质体的电性特征：第四系、第三系相对低阻，下伏石炭系和奥陶系相对高阻，其中，奥陶系的岩溶裂隙带表现为相对低阻的特征。从多测道电压（V/I）剖面图（图1）看出, 15测道曲线变化平稳，基本呈一水平线，反映出第四系、第三系地层电性稳定，介质均匀。从6测道开始,在12#点处明显反应出地层变化的趋势，111#点为相对变
7、化平缓的低电压，1231#点为逐渐向上抬升的高电压。不难看出,在10#点两测,从9测道以后曲线在幅度上不同程度地反应出双峰异常，因此，推断在10#点附近有一断距较小、倾向向大号点方向倾斜的正断层存在。 图1 瞬变电磁多测道电压剖面图为了验证瞬变电磁的分析结果，在该条测线上又同时进行了中间梯度剖面法观测，AB=840m,MN=20m,点距20m。探测结果如图2所示，19#点与1031#点的基线明显不同，为两套性质完全不同的地层，与瞬变电磁所反应的断层位置、断层面倾向完全一致。从视电阻率（）等值线断面图（图3）看出，上部地层等值线平滑，反应出第四系、第三系松散层岩性稳定。下部地层等值线在横向上起伏
8、很大，1931#点等值线变化平稳，反映出深部灰岩较完整，118#点等值线变化较大，有四处视电阻率变低的低谷状异常，其中3#和10#点处等值线异常幅度变化很大，14#和17#点次之，分析认为该四处低阻异常为岩溶裂隙较为发育的地段，富水性较好。2.3 地质成果为了保证足够的成井深度和出水量，井位选择在断层上盘且靠近断层的14#点作为水井井位（图4），经钻探抽水试验证实：该井（WL2#孔）单井出水量为1944m3/d,水质良好，与瞬变电磁解释成果相吻合。另外，在瞬变电磁其它测线上用相同的方法圈定的两个井位上，单井出水量和水位降深分别为：WL1#孔，2760m3/d,降深0.69m;WL3#孔,259
9、2m3/d,降深1.15m。结语利用瞬变电磁在山西汾阳寻找深层岩溶水尚属首次，通过本次的试验结果证明，利用其多测道电压（V/I）剖面图的双峰异常、视电阻率（）断面图的低谷状异常，来研究构造裂隙水和岩溶裂隙水及其富水性，具有良好效果。针对直流电法面临地形条件复杂，接地电阻大，极化不稳等因素，给施工及资料解释均带来一定困难的状况，利用瞬变电磁的受地形因素、体积效应、地电干扰影响小，能穿透高阻覆盖层，对低阻反应灵敏等独特优势，将迅速发展成为一种高速、快捷的物探找水方法。从而为确定井位，提高成井率提供了科学依据。参考文献：1 蒋邦远 . 实用近区磁源瞬变电磁法勘探M，北京：地质出版社，1998.122 牛之琏 . 时间域电磁法原理M，长沙：中南工业大学出版社，1992
