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瞬变电磁法在基岩找水中的应用


2010年 7月 第 32卷 第 4期

地下水 G round wa ter

Ju l , 2010 V o l 32 NO 4

瞬变电磁法在基岩找水中的应用
张玉良, 马安丽
(安 徽 省煤 田地 质局 水文 勘探 队, 安 徽 宿 州 234115) [ 摘 要 ] 瞬变 电磁 法观 测的

是纯 异常 , 因此 它的 分辨 能力 优于 其 它电 探 方法 , 具 有较 高 的 探测 能 力。 根 据某 区 的电 法勘 探资 料, 系 统地 介绍 了瞬 变电 磁法 的工 作原 理、 术方 法, 并 对应 用效 果进 行了 评价 。 技 [ 关键 词 ] 瞬变 电磁 ; 原理 ; 导电 性; 视 电阻 率 [ 中图 分类 号 ] P 631. 3 + 25 [ 文献 标识 码 ] B [文 章编 号 ] 1004- 1184( 2010) 04 - 0120 - 02

0 前言
地 球物 理勘 探方 法 包括 五 大 类, 电法 是 其 中 最繁 杂 的 一 类 , 瞬变 电磁 法 是 应 用 较 多 的 一 种 方 法。 最 早 出 现 在 西 方, 从 20 世 纪 30 年 代开 始, 在 原苏 联有 一批 学者 和专 家开 始 将 瞬 变电 磁法 的 研 究 应 用 于 勘 探。 我 国 的 瞬 变 电 磁 法 起 始 于 20 世 纪 70 年代 , 前后 有几 所院 校 和 科研 单 位 进 行了 理 论 和 研 究, 它 主要 应用 于金 属矿 勘 探、 田、 煤 地下 水、 造填 图 、 构 地 热 等方 面。

心 回线 装置 、 偶极 分离 回线 装 置 和大 定 源 回 线装 置 四 种。 其 中 最常 见的 是重 叠 回线 装置 。 2. 2 野外 工作 的程 序 2. 2. 1 回 线边 长及 测网 的选 择 回 线边 长 一 般 依 据 被 测 对 象 的 规 模 、 深 及 电 性 来 选 埋 定 。一 般选 择的 原则 是: 回 线边 长 与 探 测对 象 的 埋 深大 致 相 同 。因 为回 线边 长的 增大 对于 局 部 导 体的 分 辨 能 力变 差 , 且 受 旁侧 地质 体的 干 扰增 大, 剖面 点 距 一 般选 等 于 回 线边 长 或 回 边长 的一 半。 2. 2. 2 布 线原 则 野 外布 线 时, 测 线 方 向 应 选 择 与 可 能 的 构 造 走 向 垂 直 , 尽 量远 离铁 路、 下管 道和 电力 体 等地 电干 扰。 地 2. 2. 3 干 扰电 平的 观测 一 般要 求 在每 个 测 点 上 或 相 间 几 个 测 点 上 实 测 干 扰 电 平。 2. 2. 4 叠 加次 数和 观测 时间 范围 的 选择 仪 器的 叠 加次 数和 观测 时间 范围 的选 择主 要取 决于 测区 的 信噪 比和 灵敏 度 。在基 岩地 区 进 行 测量 , 一 般 采 用仪 器 的 高 频档 25 H z 其 时间 范围 为 0. 087 ~ 17. 5 m s 内分 20 道。 , ,

1 瞬变电磁法基本原理
瞬 变电 磁法 属时 间 域电 磁 感 应 方法 , 其 测 量 的基 本 原 理 是 利用 不接 地 回 线 或 接 地 线 源 向 地 下 发 送 一 次 脉 冲 磁 场。 即 在发 射回 线 上 供 一 个 电 流 脉 冲 波 形 , 脉 冲 后 沿 下 降 的 瞬 间 , 将产 生向 地下 传播 的瞬 变 一 次磁 场 。在 该 一 次磁 场 的 激 励 下, 地 下导 电体 中将 产生 涡流 , 在 一 次磁 场 消 失 后, 这 种 涡 流 不会 立即 消失 , 它将 有一 个 过 渡过 程 。随 之 将 产生 一 个 衰 变 的感 应典 磁场 ( 二次 场 ) 向地 表传 播, 在 地 表用 线 圈或 接 地 电 极所 观测 到第 二次 场随 时间 变 化 及 剖面 曲 线 特 征, 将 反 映 地 下导 电体 的电 性分 布情 况 , ( 如图 1) 。从 而 判 断地 下 不 均 匀 体的 赋存 位置 , 形态 和电 性特 征。

3 实际应用
某 区地 处 石灰 岩 山 区 , 由 于 长 期 缺 水 , 严 重 制 约 了 当 地 的 经济 发 展, 我 们 应 用 瞬 变 电 磁 法 在 该 村 进 行 了 剖 面 法 测 量 。本 次工 作的 主 要 任 务 是 : 确 定 井 位 , 解 决 该 区 的 生 产 生 活 用水 问题 。 3. 1 地层 该 处土 层 仅 数 米, 下 伏 地 层 为 灰 岩 、 岩 互 层。 区 域 地 页 下 水位 10 m 左右 。 3. 2 施测 方法 本 次测 量 采用 50 50 m 重 叠 回线 装置 , 点 距 25 m, 频 率

图 1

瞬变 电磁法 测量 原理 示意图

2 工作方法与技术研究
2. 1 工 作装 置 的选 择 在 按瞬 变电 磁法 的 应用 领 域 可 把工 作 装 置 分为 四 种 : 剖 面 测量 装置 、 测深 装置 、 井中 装 置、 空 装 置。 在 基岩 中 找 水 航 用 剖面 测量 装 置。 常 用 的 剖 面 装 置 分 为 : 重 叠 回 线 装 置、 中 [ 收 稿日 期 ] [ 作 者简 介 ]

25 H z, 叠加 次数 取 256 次。 3. 3 资料 解释 3. 3. 1 绘 制勘 探成 果图 根 据野 外 实测 资料 , 分别 绘制 了该 剖面 的多 测 道 V ( t) / I 异 常剖 面曲 线图 和 等视 电阻 拟断 面图 , (如 图 2、 3 )。 图 3. 3. 2 资 料解 释 从 测试 曲 线的 分析 对 比可 以 看 到, 有明 显 的 向 西倾 斜 的

2010- 04- 20 张玉 良 ( 1963 - ) , 男, 安 徽濉 溪人 , 工程 师, 主 要从 事物 探测 井工 作。

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第 32 卷

第 4期

地下 水

2010年 7月

板 状导 电体 ( 即断 层 ) 存在 , 且异 常点 与背 景 点的 时 间特 性 曲 线 二者 差异 明显 。从 图 3 等视 电 阻 率 拟断 面 图 可 以看 出 , 在 4号 点 140 m 深度 附近 有一 明显 的低 阻异 常, 表 明裂 隙发 育。 经 打井 证 实, 在 128 ~ 155 m 处 裂 隙 发 育, 为 主 要 含 水 层。 160 m 以下 岩石 完整 。裂 隙不 发育 , 钻至 240 m 终孔 , 为一 自 流 井。 自流 量为 20 ~ 30 m 3 /h。

图 3 等 视电 阻率拟 断面 图 ( 单 位:

/m )

4 结语
利 用瞬 变 电 磁 法 在 基 岩 中 找 水 , 克 服 了 盲 目 成 井 的 缺 陷 , 降低 风险 , 减少 资金 投入 。以 本 次 电法 勘 探 为 例, 该 村 曾 经 打深 井两 口, 均 为 干 孔, 耗 资 几 十 万 元。 而 利 用 瞬 变 电 磁
图 2 多 测道 V ( t) / I异 常剖 面曲 线图

法 圈定 出赋 水 构造 带 的 位 置 , 从 而 一 次 成 井 , 节 约 了 勘 探 资 金。 溉 用水 量, 遏 制 地下 水 的 进 一 步 超 采 , 防 止 大 面 积 的 土 壤 次 生 盐渍 化, 节 余 的水 量 可 部 分 用 于 维 护 生 态 环 境 , 对 保 护 生 态 系统 、 改善 水环 境、 止土 壤沙 化具 有重 要作 用 。 防 ( 2) 另外 由 于历 史的 诸多 因 素 所 致, 东 分 干 渠 为滦 乐 灌 区 的一 条主 要 分干 渠 , 该 干 渠 由 张 家 房 子 闸 引 水 , 贯 穿 乐 亭 县 城后 , 至棘 坨闸 。由 于该 段渠 道 穿 越 县城 , 沿 渠 居民 、 位 单 颇 多, 沿 渠单 位、 民、 章建 筑、 居 违 倾倒 垃 圾、 占 渠 道现 象 严 挤 重 , 致使 渠道 断面 逐年 缩小 , 输 水能 力 下降 , 给 工 程 带来 极 大 隐 患, 影 响稻 田 正 常 供 水。 通 过 续 建 配 套 整 治 , 不 仅 可 以 创 造 巨大 的经 济效 益 , 同 时也 可 使东 分 干 渠城 关 段 的 脏、 、 乱 差 等 现象 得 到 解 决 ; 大 大 改 善 沿 渠 居 民、 位 的 工 作 、 活 环 单 生 境 , 并可 达到 美化 、 靓化 县城 、 树立 灌区 良好 形象 的目 的。 2 3 社 会 效益 分析 灌 区地 处 沿海 , 盐 碱 滩 地居 多 。灌 区 以 种 植粮 食 作 物 为 主 , 兼种 其它 经 济 作 物。 据 调 查 : 改 造 前 粮 食 作 物 与 经 济 作 物 的比 值在 7: 3~ 8: 2 之 间 , 经 过 改 造 后 粮 经 比 调 整 到 4 5 ~ 6 5: 3 5 之 间, 相应 的 经 济作 物 收 入 将增 加 。由 此 可 看 到 工 程实 施后 其 经济 效 益 不 仅 体 现 粮 食 产 量 的 增 加 , 而 且 林 、 牧 、 渔 的比 重 将增 加 , 有 助 于 改 善 农 村 二 元 结 构 , 各 类 经 副、 济 作物 的种 植比 重 也将 增加 , 农 产品 出 现 多 样化 。 农业 结 构 的 多元 化对 促进 乡 镇企 业和 农村 经 济 的快 速 发 展, 增加 农 民 收 入起 到重 要的 作 用。并 且滦 乐 灌 区 已被 国 家 、 北省 确 定 河 为 粮食 生产 基 地 县, 商 品 粮 基 地 县。 通 过 节 水 改 造 , 这 一 优 势 将得 到进 一步 巩 固和 提高 , 为 保 障 全 县粮 食 安 全 起到 重 要 作 用。

( 上 接第 110 页 ) 游 用水 矛盾 , 缩短 了 灌 溉 周 期, 提 高 了 灌 溉 保 证 率 和 用 水 效 率 , 增强 了农 业抗 灾能 力。 ( 2) 项目 实施 使 渠 道 输 水 能 力 大 幅度 提 高 , 灌 溉 季 节 渠 道 基本 没有 跑、 滴、 现 象。 项 目 完 成 后, 灌 水 周 期 平 均 冒、 漏 缩 短 5 天 , 渠道 水利 用系 数平 均提 高 0 17。例 如: 2004 年 滦 乐 灌区 中支 渠技 术改 造工 程, 仅 张 家 房子 闸 至 王 保仕 闸 清 淤 段 就明 显提 高了 输水 能 力, 有 原 来 11 m 3 /s 提 高 到设 计 标 准 15 m 3 / s 渠 系 利 用 系 数 由 0 7 提 高 到 0 77 灌 溉 保 证 率 由 , 45% 提高 到 52% , 从 根 本 上 解 决 了下 游 所 辖 多 个 乡 镇 用 水 困 难, 并 新增 有 效 灌溉 面 积 1 万 亩 。尽 管 工 程 规 模 较 小, 经 济 效益 和社 会效 益巨 大。 ( 3) 工程 实施 后增 产 增收 效 益 显 著。 1999 年 - 2000 年 滦 乐灌 区续 建配 套和 节水 改造 技 术共 投 资 180 万 元, 对 东 分 干 渠城 关段 进 行 清 挖、 砌、 设 混 凝 土 栏 杆 工 程。 工 程 完 护 加 工 后, 东 分干 渠输 水 能 力 大 大 提 高 仅 汤 家 河 镇、 滩 镇 就 扩 王 大 稻田 面积 1 万 亩, 改 善稻 田 面 积 5 万 亩 , 年 增 产 稻 谷 725 万 公斤 创效 益 624 5 万元 , 国民 经济 效益 相当 可观 。 ( 4) 续建 节水 工 程 的 上 马, 调 动 了 农 民 的 积 极 性, 拉 动 了 建材 、 勘测 、 设计 、 筑 业 等 相 关产 业 的 发 展 , 解 决 了 5 家 建 企 业 300 多名 职工 的就 业问 题, 为 我 县的 经 济发 展 增添 了 生 机 和活 力。 2 2 环 境效 益分 析 ( 1) 由于 滦乐 灌 区 地 处 无 淡 水 开 发区 且 引 水 量 的 有 限, 随 着农 民植 稻的 积极 性的 提 高, 稻田 面 积 的 不断 扩 大。 过 量 引 水和 超采 , 造成 河 流 断 流 及 区 域 生 态 环 境 恶 化; 过 量 的 抽 取 地下 水导 致区 域地 下水 位 降低 , 地 面沉 降 等; 还 有涝 渍 、 盐 碱、 水土 流失 等其 它一 些生 态 环 境问 题 。乐 亭 县 曹庄 子 地 区 位 于乐 亭西 南部 南临 渤海 , 地 表 无淡 水 层。 由 于 深井 数 量 增 多 , 致使 地下 水 严重 超 采 , 年 采 水 量 达 210 万 m 3, 已 是 补 给 量 49 万 m 3 的 4 倍 , 形成 区 域 性 地 下 水 位 下降 形 成 漏 斗 , 出 现 了井 越打 越深 , 泵 越 换 越 大, 给 农 业 生 产 及 农 村 生 活 带 来 了 极大 的损 失 和 危 害。 以 节 水 为 中 心 的 续 建 配 套 与 技 术 改 造 , 可减 少灌 溉用 水的 无效 消耗 , 有 效 地节 约 水 资 源, 减 少 灌

3 结语
滦 乐灌 区 续建 配套 和节 水改 造技 术是 灌区 建设 中的 一项 长 期而 重要 的 任务 , 它 之 所 以 取 得 上 述 成 绩 , 主 要 得 益 于 各 级 政府 的重 视、 必要 的 资 金 投 入 、 格 的 项 目 管 理 和 广 大 农 严 民 的积 极参 与, 但 目前 的投 资规 模 与 灌 区需 求 还 有 相当 大 的 差 距, 项 目的 管 理需 要 进 一 步 理 顺 和 强 化 , 大 量 的 建 筑 物 改 造 也需 要不 断 引入 新 材 料 、 工 艺 和 新 技 术 , 这 些 都 是 今 后 新 项 目实 施过 程中 需 要注 意和 加强 的。

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