２０１７年５月 第３９卷第３期 地下水 Ｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ Ｍａｙ．，２０１７ ＶｏＬ ３９ ＮＯ．３ 可控源音频大地电磁测深法在民勤 北部干旱缺水区地下水找水中的应用 杨亚兵，孙鑫，何斌，贾贵义 （甘肃省地质环境监测院／甘肃省地下水工程及地热资源重点实验室，甘肃兰州７３００５０） ［摘 要］ 民勤北部处于石羊河流域，是一个半封闭的内陆荒漠区，如今，这里已成为全国最干旱、荒漠化最严 重的地区之一。目前，用于干旱半干旱区地下水找水的方法主要有ＧＰＳ定位系统、遥感技术、物探技术和钻探技术 等…，综合考虑，物探方法是找水过程中的一种重要手段。本文利用可控源音频大地电测测深法，经过二维反演形 成了剖面图，通过剖面图解释得出了民勤北部干旱缺水地区的相对富水区域，验证了该方法的可行性，发现可控源 音频大地测深法找水在民勤北部找水中得到了很好的应用，在物探成果的基础上布置的探采结合孔均找到了可观的 地下水，且单孔涌水量≥ｌ ０００ ｍ ／ｄ。该方法可作为一个成功案例在其它类似地区使用。并为其它类似找水工作提 供了一定的借鉴。 ［关键词］ 电磁测深法；民勤北部；干旱缺水区；找水 ［中图分类号］Ｐ６４１．７ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １００４—１１８４（２０１７）０３—０１３Ｏ一０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ａｕｄｉｏ Ｍａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃ Ｓｏｕｎｄｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｄｒｏｕｇｈｔ ａｎｄ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ａｒｅａ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｍｉｎｑｉｎ ＹＡＮＧ Ｙａ—ｂｉｎｇ，ＳＵＮ Ｘｉｎ，ＨＥ Ｂｉｎ，ＪＩＡ Ｇｕｉ—ｙｉ （Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ／Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｎｑｉｎ Ｎｏｒｔｈ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｈｉｙａｎｇ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ ａｎｄ ｉｓ ａ ｓｅｍｉ—ｅｎｃｌｏｓｅｄ ｉｎｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔ ａｒｅａ．Ｔｏｄａｙ，ｉｔ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ａｒｉｄ ａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｒｅａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｎｔｒｙ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｆｏｒ ｔｈｅ ａｒｉｄ ａｎｄ ｓｅｍｉ—ａｒｉｄ ａｒｅａｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｔｏ ｉｆｎｄ ｗａｔｅｒ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ＧＰＳ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌ— ｏｇｙ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ，ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｆｉｎｄｉｎｇ ｗａｔｅｒ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ｉｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｓｏｕｒｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｇｅｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｗａｔｅｒ—ｒｉｃｈ ａｒｅａ ｉｎ ｔｈｅ ｄｒｙ ａｎｄ ｄｒｙ ａｒｅａｓ ｏｆ ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｍｉｎｑｉｎ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ．Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ，ａｎｄ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｓｏｕｒｃｅ ａｕｄｉｏ ｄｅｐｔｈ ｓｏｕｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｆｉｎｄ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｅｒｎ ｐａｒｔ ｏｆ Ｍｉｎｑｉｎ ｔｏ ｇｅｔ ａ ｇｏｏｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ．Ｔｈｅ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｈｏｌｅ ａｒｅ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ａ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ．ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ ｈｏｌｅ ｗａｔｅｒ≥１ ０００ ｍ。／ｄＴｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｓｕｃｃｅｓｓ ｓｔｏｒｙ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｓｉｍｉ— ．ｌａｒ ａｒｅａｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｏｔｈｅｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｗａｔｅｒ ｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｏｕｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｍｉｎｑｉｎ；ｄｒｏｕｇｈｔ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｓｈｏｒｔａｇｅ ａｒｅａ；ｌｏｏｋｉｎｇ ｆｏｒ ｗａｔｅｒ 民勤北部处于石羊河流域，三面被沙漠包围，是一个半 （ＡＭＴ）基础上，发展起来的一种人工源频率测深方法 Ｊ，由 封闭的内陆荒漠区，如今，这里已成为全国最干旱、荒漠化最 严重的地区之一，生态环境极端脆弱。而此处蕴藏着丰富的 煤、油、盐、铁等资源，因此在绿洲以外的沙漠边缘地带找到 地下水来解决附近厂矿企业及生态环境用水，成为亟需解决 的问题。 于所观测的电磁场的频率、强度和方向可由人工控制，克服 了天然场源信号微弱的缺点，具有地形条件小，抗干扰 能力强，工作效率高等特点 Ｊ。其优点具体表现在：一是工 作效率高，用一个发射偶极供电，便可在一个很大的扇形区 域内测量，与常规的直流电测深相比（特别是在山区）效率更 高；二是探测深度大，勘探深度在数十米至２公里之间；三是 水平方向分辨能力高；四是地形影响小且易修正，同时穿过 高阻层的能力较强。 目前，用于干旱半干旱区地下水找水的方法主要有ＧＰＳ 定位系统、遥感技术、物探技术和钻探技术等 ，综合各种方 法的优缺点，此次民勤干旱区找水使用水文物探中的可控源 音频大地电磁测深方法。 可控源音频大地电磁测深是在音频大地电磁测深 １研究区位置 工作区位于民勤县北部的甘蒙边界以南民勤北部荒漠 ［收稿日期］２０１６—１２—２７ ［作者简介］ 杨亚兵（１９８８一），女，甘肃庆阳人，助理工程师，主要从事工程地质和水文地质方面工作。 ［通讯作者］ 贾贵义（１９６１一），男，甘肃天水人，教授级高级工程师，主要从事工程地质和水文地质方面工作。 １３０ ３９卷 第３期 地下水 ２０１７年５月 ，面积２ ６００ ｋｍ ，勘金区北部、东部边界为Ｈ‘肃和内蒙古 ３．２物探线布设 根据初步水文地质调查，奉次物探削面线布设在＿二个找 水靶区，具体 罔２和表ｌ。 交界，北端至深坑井，东端至青沙窝井；西部边界为莱菔山以 东的…坡一 泉ｆ片一人窖一带，西端至夫窖；南侧为曾家 ｌ舛一邱家蚪一青土湖南端一Ｆ１碱湖北端・带；构造上属于北 人…拱断求。Ｊ 作Ｉ 侮 见 １ 、 图１ 工作区位置图 ２ 基本原理 可控源音频大地电磁测深法的基本原理是，根据电磁波 传播理沦和麦克斯书方程组导出 尼亚电阻牢汁算公式： １ ｌ Ｅ ｌ Ｐ 式【｝】：ｆ为发射频率（Ｈｚ），Ｅ 为与场源平行电场水平分 城，Ｈ 为磁场分镀。 根据电磁波传播原理可得其穿透深度即趋肤深度的数值 打 ，博斯蒂克深度作为有效研究深度，则探测深度表达式 为： ｆＬ－． Ｈ＝３６５×＾／Ｖ － 式ｒ１】＿ｐ为岩层或介质的电阻率（Ｉｔ・ｍ） 【ｌｊ以【 两式，只婴在地表从高频到低频逐个改变频率时， 同时观测到Ｅ 干¨Ｈ 两个分量参数，就能计算ｆ｝Ｊ阻抗电阻叠夏， 进而求得其趋肽深度，经一维或二维反演后形成削面图。 此外，『｛１小Ｉ｜ｌ】的电阻率可判断岩层含水量的大小，土壤 电 丰随着体积含水率增人 几乎线性降低，其卡Ｈ关关系较 好 ， 此｛壬！撕所测得的 深度及水平距离的电５Ｈ牢，吖 得Ⅲ对应点的含水 相埘人小。 ３ 实施方法 ３．１装置与参数 采用迟到偶极扇形脱测装簧标艟测超。供电电极Ａ、Ｂ 采用铝板计联深埋接地，水平磁棒（Ｈ ）的方他采 盘定 化，误差小于２。；采刚沿测线多道ＩＩｊ】＝时观测（…个磁探头）排 列测艟，并保证扇形角控制在６Ｏ。以内 测 电极ＭＮ采用 极化电极，为保证接地良好，地Ｌ刨坑１０～２０ ＣＩｎ，奉次按 地电阻一般 １【）０—３００ Ｉｔ・ｍ 供电电极ＡＢ采用铝板并联 组成，埋人地下３０～５０ Ｇ＇ＦＩ１，并浇入足 的洗农粉水液使接地 电阻达到要求。调节发Ｎ Ｊ０Ｌ频率控制器与接收机时钟 步。 经试验观测频率范 选择：１、２、４、８、１６、３２、６４、１２８、２５６、 ５１２、１０２４、２０４８、４０９６、８１９２ＨＺ等ｌ４个观洲频点。 图２物探线布设图 ４结果与讨论 ４．１ Ｉ—Ｉ 剖面 经过■维反演后形成的Ｉ—Ｉ 断面图如图３所示。 该剖而电性层高低相间分为３层。 第一层为中高阻电性层，电阻率为１００～３００ ｎ・ｍ，厚 度小于３５ ｍ，一般为２０～２８ ｍ左右。地表电阻率值大于２００ ｎ・ｍ；下部电阻率小于２００ Ｉｔ・ｍ。含水性较差。 第 层为低阻电忡层，电阻率在ｌ～１２ ｎ ｔ ＩＴＩ，厚度５０～ ６０ ｍ左右，推断为含水层。 第 层为高阻电性层，电阻率大Ｊ：２５０ ｎ・ｍ，未见底， 含水性较差。 在测线北段２８２点附近，南北两侧电阻率值 分布形态 差异较为 普，在电阻率曲线梯级带附近推断为隐伏断层 Ｆｌ。断层倾向为南东，倾角约为７０。。 图３ Ｉ—Ｉ 剖面二维反演电阻率断面图 图４ 深井坑水文地质剖面图 根据含水层他的厚度判断，该剖面富水区段在１９０～２７８ 之间，而 越 北则含水层更厚，富水性应更好。图４是 ｌ３１ ３９卷 第３期 地下水 ２０１ ７年５月 经过陔洲线的深片坑水艾地质削ｌ自Ｊ，通过与电阻率剖ｌ 刈 比，规律比较ｕ』ｊ ．．Ｊ 次ｌ岛掰【埘臆ｊ 第四系松散层（地 定 略 分歧，－㈦），『ｆＪｌｉ，Ｊ低 ¨ｆ刈心于砂砾含水层ｆ ， 反映＿ｒ花岗岩耀底的起伏肜念 物探成果的基础Ｉ ， 探采结合＿Ｊ十 跟，成什深俊 ２０３．０８ ｎ】，扦 ５００ ｎ１ｎ１，地卜水水化 深９．７３ ｒｎ，孔涌水Ｉｌｌ １ ５００・１ｌ ／ｃｔ，地下水矿化 ２．２７ ｇ／ｌ 【Ｉｊ‘满足Ｊ｝Ｊ水要求、 洲线北段『 低【；Ｉ【转换的１＝｜＝『ｊ级 ｊ心Ｊ 断 位髓，底部高ｌ５ｌ【体 表１ 物探线布设统计表 ４．２ ＩＩ—ｌＩ 剖面 第一三层为中低ｌ５Ｈ电一Ｉｑ ，Ｉ ｋｋ［５Ｉｌ牢 Ｉ ５～５０ ｎ・Ｉｌｌ， ＃ ｌ９０ 一 ７５～１４０ Ｉｌｌ左右，含水 ｔ＇ｔ：－较弱 ｑ 为低阻电性 ．ＩＵ｝５ｌ【 水 １～１０ ２・ｍ，术 底， 第二层 性对比．推断为卜 ’Ｖ：统（Ｋ１３）眇 、眇砾 物探成 的 础Ｉ ， ｆＩ】， 图５ Ⅱ一Ⅱ 剖面二维反演电阻率断面图 探采纳介”・Ｈ｝！，成外深度２０２．８７ ５０１３ ｍｍ，地下水水ｆ 深１４．６０ Ｉ ４Ｌ？ｍ／］水ｔｔｌｌ ０００ ｎ１‘／ｄ， 地下水矿化度６．０９ Ｌ。【ＩＪ’满足川水 求（ Ｉ冬ｌ ７） ｕ洲 Ｉ乜性 普述较Ｉ岛 １００～３５０ ｎ・ｍ，局部离达 １ ５００ Ｉ ・ｎ ， 水性极砖，／ｆ ｊ 衙找水地质条件。剖面３００ 一 附近， ｆ！Ｊ！ＩＪｌＵ『５ｌｉ率 较＿ＪｌＪ｛Ｉ ，推断为…ｆｊ１＝『断裂Ｆｌ的反映， 小・敛，－ Ｊ‘能为㈨一断层（见图５） Ⅲ（ｏｈ ｍ ｍ） 广：状 ｌ洲 推断断 ４．３ ｍ—ｍ 剖面 。 Ⅲ削 电一 高低卞¨川分为３ ，与Ｉ剖刈‘比有类似之 ．｛８ 处 符 特 分述如卜： 第・ 为『｛Ｊ阻电一 水性较 ， 率 ５０～１ ８０ ｎ・１／１，厚度小 图７ Ⅳ一Ⅳ 剖面二维反演电阻率断面图 ｒ ３０ Ｉｌｌ， 般 ｌ０～２０ ｍ之川，… 阳北逐渐加厚趋势； ＿．Ｊ 为低阻电 ～，电 率 １０～５０ ｎ・ｍ，厚度７０ Ｉ ８（）ｎｌ之川，该 推断为含水 ，ｌ 仃白南向北加厚的特 ５ 结语 （Ｉ）削面甯水部位 ｌ Ｊｌｎｆ Ｉ９０～２７８点之Ｉ＇ｉｆ】，１Ｉ洲 禽水忡较差，Ⅲ削面干¨Ｉｖ削 个＝段 水 较好 （２）可挎源音频大地洲深法找水 【 蛳北部找水ｒｆｌ 划 ｒ很好的应Ⅲ，在物探成 的 砌ｌ ｎ 的探采结合孔均找 到ｒ ｆＩｆ观的地卜水，其 孔ｆＩ｛ｊ水｛ ≥１ ０００ ｍ ／ｄ 冈此陔，Ｊ‘ 法【ＩＪ 作为一个成功案例 ｊ 它炎似地Ｉｘ：他Ｊｌｊｌ （３）町控源音频大地洲深 找水ｆｌＪｊ 它【 作力’法１：Ｉ１ 合，－ Ｊ＿推动找水 ［作的逃・步发Ｊ 参考文献 ［Ｉ］ｆｎＪ 洲．儿种ｕ¨Ｈ Ｊ ｒ １ 、卜Ｉ 。 地Ｉｘ；找水的技术力 法水义地质 Ｉ 程地质Ｉ９９６，２，４． 点；也 牢亦Ｉ｛Ｉ南向北减小， 电 半 ｊ矿化度的关系 ，・ 定 Ｊｊ｛＝ｌ 反映了地下水成度增ｌＪＪＩｌ的趋势。 层为高阻电 ，电 ｆｌ牢 １００～３５０ Ｑ・ｍ，ｊ 深 １００～２４０ ｎ 之『Ｈ】，总体… 向北向ｎ Ｊ前加深，术见底 、 物探成泶的基础Ｉ ， ｊ 探采结合井一眼，成井深Ｊ耍 ２０２．７７ Ｉｌｌ，”径５００ ｍｉｌｌ，地卜水化 深５．４４ ｍ，孔涌水 １ ３００ ｍ ／ｔ１，地下水矿化度３．６２ Ｌ。，ｑ－满 用水要求（见图６） ｆ ２ 力 ． 佧幅，刘瑞德．”ｆ｛ 泺 硼人地ｌ乜磁测深法臆用 例 ［Ｊ］．物探化探计诈技术．２００６，２８（４），３３７． 图６ ＨＩ一珊 剖面二维反演电阻率断面图 ４．４ ＩＶ—ＩＶ 剖面 ・［３ ｊ父璐 ， 昆法，李∞愧．等．－叮 源 频人地ｌＵ磁法 ：地下水黝 ｒ｝１的Ｊ戚用研究［Ｊ］．Ｉ ９９６，３９（５）．７１ ２． 『４］段旭．ｆ 彦辉，程积民 ｊ： Ｉ州脂 雾ＩＩｌ火然， ：坡｛：壤电刚 ｆｌｌ 含水率的关系及 空 变冲！．Ｉ Ｉ ２０Ｉ ２，２８（７），１ ３０ Ｊ５ 武毅，郭北强，强建科．川ｆＵｌ５ＩＩ 昝 价彳Ｌ隙类地卜水矿化度的，Ｊ 法技术［Ｊ］．２０１ ２，２８（７），１ ３０ Ｊ 为 ｆ・高阻ｌＵ ｒ｝：Ｊ ．Ｉｕ『５Ｉ【半 ５０～１ ５０ ・Ｉ１１，ｊｉｉ．Ｊｉ．Ｊ奠 为低 【电 ，ｌＵ 率 １～１ ２ ｎ・１１１，厚度７５～ １０～３０ Ｉｌｌ／ ｉ ， 水 较片 １ ｌ ５ Ｉｌｌ ｌ ３２ ．含水忡：刺
