白 运，冀显坤，郭伟立，于峰丹

(中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

音频大地电磁测深法在大格勒地区地下水资源调查中的应用

白 运，冀显坤，郭伟立，于峰丹

(中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

大格勒地区位于享有“聚宝盆”之称的柴达木盆地南缘，距青海格尔木市约90 km，区内高寒干旱，降水稀少，生态环境脆弱，水资源勘查研究程度低，在该区开展地下水的地球物理勘查和水资源评价极为重要。而大量探索性研究结果表明，音频大地电磁测深法具有地形条件限制小，工作效果效率高等优点，能很好的集合地质推断来解释，避免地球物理资料的多解性，提高打井见水的成功率。本文通过在青海省大格勒地区利用音频大地电磁测深法进行地下水资源调查，查明了该区域第四系含水层系统水文地质结构，圈定了富水区，为柴达木盆地循环经济试验区建设开发利用水资源及环境保护和生态建设提供科学依据。

音频大地电磁测深法；地下水；电阻率；反演

大格勒地区位于享有“聚宝盆”之称的柴达木盆地南缘，距格尔木约90 km，区内高寒干旱，降水稀少，生态环境脆弱，水资源勘查研究程度低。柴达木循环经济试验区是国家首批13个循环经济产业试点园区之一，是国家“十一五”规划纲要明确加快实施的循环经济产业园区之一，也是目前国内面积最大、资源较为丰富、唯一布局在青藏高原少数民族地区的循环经济产业试点园区，是青海省经济社会发展最具有活力的地区，承担着支撑青海省经济社会发展、保护三江源、支援西藏建设的重任。因此，在该区开展地下水的地球物理勘查和水资源评价是一项非常重要的工作。

大量探索性研究工作的结果表明，音频大地电磁测深法具有地形条件限制小，工作效果效率高等优点，能很好的集合地质推断来解释，避免地球物理资料的多解性，提高打井见水的成功率。在水文地质工作中，音频大地电磁测深大多采用剖面或面积性测量。根据实际地质情况，结合勘查区岩石和地层电性特征，利用实测的反演电阻率进行地质解释推断解释，推断实测剖面通过地段理想的富水位置，从而为采水(水文钻孔)工程提供可靠依据[1]。对青海省大格勒地区的开展音频大地电磁测深的工作，以第四系的含水层为探测对象，结果表明，200m内揭示的第四系含水层结构与水文地质剖面和钻井资料基本吻合，取得了良好的效果。

1 音频大地电磁测深(AMT)方法的原理简及工作方法

音频大地电磁测深法(Audio Magnetotelluric)主要通过在地面观测具有区域性乃至全球性分布特征的天然交变电磁场来探测不同埋深的地质目标体的一种频率域电磁测深方法[2]，具有勘探深度大，分辨能力强，观测效率高等特点，是研究中深部地质构造和寻找隐伏型矿的有效手段，探测深度一般为≤2 000 m。

野外观测测点的电场E分量及与之正交的磁场分量H，计算卡尼亚视电祖率和阻抗相位。视电祖率与电场、磁场的关系式为：

(1)

(2)

式中：f为频率，单位为Hz，ρ为电阻率，单位为Ω·m。

在电磁理论中，把电磁场(E、H)在大地中传播时，其振幅衰减到初始值1/e时的深度，定义为穿透深度或趋肤深度(δ)。

(3)

本次工作采用加拿大凤凰公司MTU-5A大地电磁系统，配备AMTC-30磁探头，采集频率10 400～0.35 Hz，总计60个频点。采用十字布极张量观测方式，接收电极距MN=40 m，单点采集时间约60 min。

2 工作区水文地质概况

工区位于大格勒沟-五龙沟洪积扇中前部，钻孔揭露地层主要为第四系更新统和全新统(见图1)。

图1 大格勒冲洪积扇水文地质剖面图(张戈等)

大格勒冲洪积扇受地质构造、岩性岩相及补给径流排泄条件等因素控制，地下水赋存条件差异较大。冲洪积扇区岩性颗粒粗大，孔隙发育，有利于河水垂直渗漏，在前缘细颗粒堆积物阻隔作用下，地下水赋存富集于洪积扇区，含水层富水性较好。地下水溢出带以下的冲湖积平原区，岩性颗粒变细，为粉土、粉质粘土、粘土夹细砂、粉砂，含水层层数增多、单层厚度渐薄，不利于地下水富集，含水层富水性变差。

工区物性资料显示，砂砾石层视电阻率为100～120 Ω·M；中粗砂层的视电阻率为80～100 Ω·M; 中细砂层的视电阻率为60～90 Ω·M；亚砂土的视电阻率为40～60 Ω·M；亚粘土的视电阻率为30～50 Ω·M；粘土的视电阻率为20～40 Ω·M。因此，电性差异成为在该区开展音频大地电磁测深的前提。

3 数据处理

3.1 预处理

野外采集得到测点的时间序列文件，通过SSMT2000软件经傅里叶变换、互功率谱计算、近磁参考处理、阻抗张量估算，进而求取测点不同频率视电阻率相位，生成中间结果EMT和MMT文件。用MTEDITOR软件对生成的中间结果文件进行频谱编辑，将电磁干扰严重的频谱删除(去飞点)，提高野外数据采集的质量[6]。

预处理得到的视电阻率和阻抗相位等资料一般包含多种干扰影响，其中尤以静位移与地形影响最为突出，特别在山区地形复杂地区，地形影响往往造成资料反演解释的较大偏差[5]。结合工区特点，此次数据处理采用空间滤波法，本方法的一个重要优点是地形校正与静校正可以一次完成，使用得当会取得良好的效果。

3.2 反演

大地电磁常用的反演方法有Bostick、Occam、RRI(快速松弛)、NLCG(非线性共轭梯度)[3-4]。对于本工区反演方法的选择，不仅考察了常用方法对初识模型的依赖程度、收敛的稳定性、反演效果的优劣等问题[6]，又考虑本区的地电特征。采用成都理工大学地球探测与信息技术教育部重点实验室王绪本等自主开发的MTSoft2D大地电磁二维处理和解释软件进行后续处理解释，该软件自带曲线编辑、静态校正、正演模拟、空间滤波、一维二维反演等模块，是国内较为先进的大地电磁处理软件。

图2 大格勒工区AMT二维反演综合解释图

4 推断解释

通过对多种反演方法的对比研究，最终选择以均匀半空间作为初识模型，进行二维非线性共轭梯度反演的方法，对剖面的资料进行反演得到了剖面的二维电性结构，图2为大格勒工区AMT二维反演综合解释图，本次将电阻率10～120 Ω·M解释为第四系。图中电性层位比较稳定，盆地基地为花岗岩[8]，电阻率呈高阻特征，含水层电阻率呈低阻特征。第四系底界面(红色虚线)在剖面南部从地表延伸到盆地底部，成台阶状。临盆山体中发育的小型断裂(F1、F2)对盆地与山体的接触关系并不一定起控制作用，但有可能形成局部隆起，在河流出山口附近形成地下跌水陡坎。含水层在剖面南部埋深较深(100～200 m)，沿着剖面埋深逐渐变浅，在剖面北部埋深小于50 m，已进入地下水溢出带。钻井资料显示，在剖面11.5 km处，为多层含水地层，且各含水层厚度较薄，但剖面反演结果没有反映出来，这与AMT本身的体积效应和分辨率有关。

一般情况下，岩石电阻率与地下水矿化度间具有相关性，即地下水矿化度高则地层电阻率相对低，矿化度低则电阻率值相对高[7]。从图2可以看出，沿着剖面方向含水层的电阻率在减小，说明地下水的矿化度在逐渐升高，这一点与水文地质资料相吻合。

5 结语

(1)一般情况下，地下含水层呈相对低阻，音频大地电磁测深对低阻体反映较为灵敏，且勘探深度大，为寻找地下水的有效地球物理手段。

(2)工作区含水层主要为第四系砂砾卵石、中粗砂、细砂层、其次是粉砂层。从南往北第四系含水层厚度总体上呈现厚-最厚-薄的趋势。即工区南部山前地带含水层较厚，含水层主要为砂砾卵石、砂砾岩；中部含水层最厚，含水层主要为中粗砂、细砂；北部含水层较薄，岩性以细砂、粉砂为主。

(3)工作区地下水矿化度在横向上呈现南低、北高的特点，纵向上呈现浅部矿化度高、深部矿化度低，矿化度随着深度增加而逐渐减小的特点。

(4)音频大地电磁测深以电性差异作为勘探前提，分辨率还不够高，视电阻率反演可能存在很多假象，在选择使用时，应充分了解工区的地形、地貌及电性特征，对多种反演方法进行对比研究，才能确定适合不同条件下的反演参数，结合更多的地质资料，方能取得最佳的应用效果。

[1]张威，王文国，孟银生，等.可控源音频大地电磁测深在浅部地下水勘查中的应用[J].物探化探计算技术.2013.35(2)：142.

[2]石应骏，刘国栋，吴广耀，等.大地电磁测深法教程[M].北京：地震出版社.1985.23-24.

[3]王绪本.二维大地电磁资料处理与反演方法研究[D].成都：成都理工大学.2002.

[4]李琳，白运.大地电磁模拟退火反演研究[J].安阳工学院学报.2013.10(2)：42.

[5]王绪本，李永年，高永才.大地电磁测深二维地形影响及其校正方法研究[J].物探化探计算技术.1999.24.

[6]白运.汶川地震断裂带井址区电性特征研究[D]. 成都：成都理工大学.2012.

[7]高敬语，谭嘉言，朱占升，等.音频大地电磁法在地下水质评价中应用[J].物探与化探.2013.37(5)：896.

[8]冀显坤，王小多，唐圣松，等.CSAMT法和对称四极测深法在地下水调查中的应用[J].工程地球学报.2014.11(3)：342.

[9]田蒲源，周乐，杨晓光.可控源音频大地电磁法区分咸淡水共存能力的探讨[J].地下水.2016.38(5)：111.

[10]杨宏智，吕小红，赵德庆，等.EH-4大地电磁测深系统在山东临淄地区岩溶裂隙水勘查中的应用 [J].山东国土资源.2013.29(5)：41.

[11]狄丕勋.有源大地电磁系统(CSAMT)V-6A的引进及应用[J].地下水.2004.26(3)：216.

[12]钟秋.地下水污染调查中的地球物理方法 [J].地下水.2014.36(2)：41.

[13]雷晓东，关伟，郭高轩，等.可控源音频大地电磁测深在北京延庆盆地东部岩溶水勘查中的应用 [J].工程勘察.2014.5(2)：89.

Application of Audio Magnetotelluric Sounding Method in Investigation of Groundwater Resources in the Dagler Region

BAI Yun, JI Xian-kun, GUO Wei-li, YU Feng-dan

(Xi'an Geological Survey Center of China Geological Survey, Shaanxi Xi’an 710054)

The Dagler region is located in the southern margin of the Qaidam Basin, which is known as the "cornucopia", about 90km away from Qinghai Golmud City. This area is cold and arid, with rare precipitation, weak ecological environment and lower degree of water resources exploration, so that it is extremely important to carry out geophysical exploration and water resources assessment of groundwater. The results of a large number of exploratory studies show that the audio magnetotelluric sounding method has the advantages of lower control of terrain conditions and high efficiency in working, so it can be a good collection of geological inference to explain and avoid the multi-solution of the geophysical data, also improve the successful rate of developing water wells. In this paper, the groundwater resources survey of the Quaternary aquifer system in the Dagler region of Qinghai province is carried out by using the audio magnetotelluric sounding method, the water and geological structure of the Quaternary aquifer system in this area is identified, and the water - rich area is delineated, which provide a scientific basis for the development and utilization of water resources, environmental protection and ecological construction in the Qaidam Basin circular economy pilot area.

Audio Magnetotelluric Sounding Method; the groundwater; resistivity；inversion

2017-03-27

东昆仑铜镍多金属资源基地调查(121201011000150005)

白运(1983-)，男，陕西淳化人，工程师，主要从事电磁法资料处理与解释工作。

P641.8

B

1004-1184(2017)04-0030-02