1999 王卫平 航空电磁法在黄河口地区 物探与化探

第23卷第2期

1999年4月物 探 与 化 探GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATIONVol.23,No.2Apr.,1999

航空电磁法在黄河口地区

寻找浅层淡水的地质效果

王卫平 王越胜

(国土资源部航空物探遥感中心,北京 100083)

摘 要 对利用航空电磁法寻找浅层淡水的方法技术进行了探索,根据找水需要编制了保留区域

场的三频标差异常图,对本区的海侵界线及海侵程度进行了研究,并在咸水区内圈定浅层淡水远

景区29处,对各淡水远景区进行了分析与评价。

关键词 航电标差异常;浅层淡水;海侵程度;海侵界线;浅层淡水远景区

山东黄河口地区是国家重点开发区,油气资源丰富,工农业发展很快。由于近年来黄河断流逐年增加,致使该区农田灌溉、城镇用水十分困难。为迅速缓解区内水资源严重匮乏的局面,利用高效的航空电磁法寻找浅层淡水。本文以1996年1 5万航空物探测量资料为基础,结合水文地质资料,对本区航空电磁异常特征与海侵程度、浅层淡水的关系进行了分析,总结出本区浅层淡水的分布规律。

1979年,三频航电由加拿大引进后主要用于寻找金属矿床,其特点是突出局部异常,将区域场作为干扰场改正掉。水资源的分布是成片出现的,在航电异常图上主要反映为区域场。为了突出浅层淡水异常,编制了保留区域场的三频标差异常图,并对优选的5处航电异常进行了地面检查,证明了应用航空电磁法寻找浅层淡水是有效的。

1 水文地质及地球物理概况

1.1 水文地质概况

测区位于华北平原东南部,鲁北平原东部,由于多次海侵,致使海积层和冲海积层广泛分布,地下呈水平分带。总体上看,可分为全淡水区,全咸水区和咸淡水重叠区。全淡水区分布在小清河以南的山前地带;全咸水区主要分布在无棣埕口 滨县张集 利津县城以东、利津县城 支脉沟牧场 广饶盐场一线以北的广大地区,其余为咸、淡水重叠区。

全淡水区主要由淄河、孝妇河等河流搬运冲积、洪积形成,含水层受冲、洪积扇(裙)制约,呈扇状、片状分布,岩性颗粒自南向北、自冲积扇的裙部向两侧的扇间地带由粗变细。咸水区和咸、淡水重叠区由黄河多次泛滥、泥沙沉积形成,地形平坦,岩性松散,颗粒较细,沙层多呈带状分布。由于黄河在历史上多次改道,浅层淡水多沿古河道呈北东向条带状分布。

1.2 区域电性特征

由表1可知:

1.在全淡水区(矿化度>2g/L),电阻率值主要取决于地层岩性的颗粒度,颗粒度由粗到细,电阻率值逐渐降低。

1998年9月4日收稿。

!116!物 探 与 化 探23卷

表1 不同岩性中不同矿化度地下水的电阻率值统计(电阻率/( !m))电阻性矿化度

0.5

1.0

2.0

2.5

3.0

5.0

10.0中 砂64.029.015.512.810.76.73.4细 砂50.026.014.511.710.06.13.3粉 砂39.023.012.510.38.66.03.09.85.83.2粉 细 砂40.024.015.515.012.08.08.04.03.2粘 土

引自∀黄淮海平原鲁北区段水文物探综合研究报告# 1985.5

2.在咸、淡水重叠区,咸水为低阻(矿化度增高,电阻率降低),淡水为高阻,且差异明显。当水的矿化度大于10g/L后,电阻率值与岩性变化关系不大,主要由矿化度决定。

由此可见,不同岩性中的不同矿化度地下水在水平和垂向上均有明显的电阻率差异,具备利用频率域电磁法开展浅层淡水勘查,划分咸、淡水界线,寻找古河道淡水的物理前提。2 航电标差异常图

标差异常(又称相位差)的计算公式为∃

B=ReB-ImB=K!D( L-R)(1)

式中, B为标差异常;ReB为实分量;ImB为虚分量。 L-R反映标差异常的特性及与实、虚分量之间的关系,其中 是仪器测量的角频率;L,R分别是介质的电感和电阻。K是位置和发射装置的函数,对于某种仪器和固定的飞行高度来说,它是一个常数

K=Ac2!Nc2fc!fr

f

式中,Ac和Nc分别为发射线圈和接收线圈的匝数;fc,fr,f为发射线圈、接收线圈及地质体之间的位置函数。D是标差异常的比例系数,与导体参数有关,对于某一导体只影响幅值,计算公式为

D=4∀(R+ 2+L2)2

由公式(1)可知,当地质体为良导体时,电感大,电阻小,标差异常为正值;地质体为非良导体时,电感小电阻大,标差异常为负值。淡水为相对非良导体,咸水为良导体,通过标差异常正负值之间的零线可以圈定淡水体的范围。

编制标差异常程序时,以引进程序为基础。引进程序包括校准程序(TRIDEM)和处理程序(DTPRO2B),在处理程序中包括粗调零水平、灵敏度改正、低通滤波、位移修正、细调零水平等各项改正,其中细调零水平就是将实、虚分量极小值点连线以下部分去掉,相当于区域场改正。进行标差异常的数据处理时,将引进程序中细调零水平改正部分改为计算实、虚分量之差,然后应用低通滤波器对该数值进行二次滤波,并对输入、输出格式进行适当改进。标差区域场图把实、虚分量2条曲线合为1条曲线,减少了绘图参数,使图件简化,异常醒目,突出了

∃王启辉.进一步探索航电标差异常图的地质解释方法.国土资源部航空物探遥感中心,1989

水资源航电异常特点。

3 航电异常特征与浅层淡水

3.1 海侵界线与海侵程度

图1南部为强度较低的平静负电磁场区,西部及西南部为低缓的正负变化的电磁场区,北部和东部则以升高的电磁场为特征,整体上显示了从西南到沿海电磁场强度逐渐升高的特点。在博兴 西雷埠以南存在一正负电磁场区界线(南部为负值区,北部为正值区),与水文地质的咸、淡水界线趋势一致,推测南部为非海侵区,北部为海侵区。把2020Hz,8020Hz标差异常正、负电磁场区界线与520Hz标差异常正、负电磁场区界线进行对比,发现8020Hz正、负电磁场区界线位于520Hz正、负电磁场区界线南部1~3km处,2020Hz正、负电磁场区界线位于二者之间,从低频到高频正、负电磁场区界线逐渐向南移动。据此推测,本区海侵浅部向南推进相对较快,深部较慢,在海侵边界附近形成了一个宽约1~3km的过渡区,呈上咸下淡的双层结构。在北部正电磁场区内,沿沾化 利津 广饶以西存在一条低值区与高值区的界线,推测低值区为弱海侵,高值区为中强海侵。在中强海侵区域内,根据电磁场强弱变化又可分为中弱、中等、中强、强海侵四个等级。由此可见,本区海侵程度从西南到沿海是逐渐升高的,但海侵程度又受古地理环境的制约,在古泻湖、低洼地区,海侵程度较高;

在古河道较为发育的地

图1 黄河口地区航电520Hz标差异常及电磁场分区

区,由于古河道水的淡化作用,海侵程度减弱。

3.2 航电异常与浅层淡水

在北部升高的变化电磁场区内,也就是海侵范围内,有一些相对降低的局部电磁场区,被确定为与浅层淡水有关的异常,其特点是电磁场强度低,一般较背景场降低约200%10以上,而且连续在3条测线以上反映为低值,呈条带状或片状分布。据此,全区共圈定了29处异常,编号为鲁D 96 1~29。

鲁D 96 17沿旧镇 利津段的黄河分布,为西南宽、北东窄的条带状负值异常,低频异常范围相对较窄,高频异常范围较宽,系黄河侧向渗漏补给地下淡水引起。该淡水体分布范围较大,原因是该段古河道较发育,砂层颗粒较粗,厚度较大,

富水性较强。-6

图2 鲁D 96 1,3航电异常520Hz标差异常剖面平面

鲁D 96 1位于宁海盐窝一带(图2),电磁场强度明显降低,呈北向条带分布,520Hz电磁场强度为(-100~500)%10-6,异常范围相对较大,2020Hz、8020Hz电磁场也具有类似的特点,推测该异常从浅部到深部均赋存地下淡水。异常区西部有一水文钻孔HJ11,深12.4m,矿化度1.55g/L,水质较好。遥感解译认为该异常位于古河道的交汇部位,这说明淡水体补给时间长,水量相对较大。

鲁D 96 3位于鲁D 96 1的东北部(图2),520Hz低值条带状异常较明显,推测淡水体主要分布于中深部,浅部水矿化度升高,为黄河古河道赋存地下淡水引起。

鲁D 96 4,5,7~9位于太平 四扣一带(图3),520Hz标差异常呈低值条带分布,强度低于背景(300~600)%10-6,高频异常不明显,推测淡水体主要分布于中深部,上部为一定厚度的咸水,为隐伏的古河道赋存地下淡水引起,其中鲁D 96 8,9异常与水文地质圈定的浅层淡水远景区部分吻合。

本区分布范围较大的航电异常还有鲁D 96 12,14,20,分别沿秦口河、徒骇河、小清河分布,分析与上述河流侧向渗漏补给地下淡水有关。其他异常分布范围较小,主要分布在花官庄

图3 太平 义和地区航电520Hz标差异常剖面平面图

项家大营、沾化以及垦利东北一带,分析多与古河道赋存地下淡水有关。在圈定的29处异常中,有12处与水文地质圈定的浅层淡水分布区吻合或部分吻合,其余17处是本次工作新圈定的,为本区寻找浅层淡水提供了线索。

4 地面检查结果

对本区优选的5处航电异常(鲁D 96 1~

5)进行了地面检查。

鲁D 96 1空地异常对应良好∃,高频地面

电磁异常存在局部低值条带,低频为范围较大

的低值异常。地面的民井深度多在20m以

内,其中盐1井深15m,矿化度为0.989g/L。

鲁D 96 2分布于朱家 盐垛一带,空地

电磁异常特征相似,位置吻合较好,且在地下

10m以内存在可饮用水。

鲁D 96 3在北王家西南部,地面电磁异

常在降低的背景上表现为2个宽度较窄的条

带状,异常梯度较大,在北王家东北合为一个

低缓异常(图4)。

上述地面电磁异常低值范围整体上与航

电异常范围基本吻合,从4个剖面的电磁异常图4 鲁D 96 3地检780Hz电磁异常剖面平面

∃王卫平,等.山东黄河口地区航空物探(磁、电、伽马能谱)综合站浅层淡水航电异常地面三级查证结果报告.航空物 探遥感中心,1998.1

曲线可以看出,低频异常幅值变化较大,高频异

常幅值变化较小或不明显,这一变化规律与航电

异常从低频到高频的变化规律是一致的(图5)。

在&~∋剖面东南部的低值区内各有一口民用

井,深6~8m,其中西1井矿化度为0.935g/L,

水质较好。

鲁D 96 4,5高频地面电磁异常不明显,低频

地面电磁异常呈低值条带状,与航电异常特征类

似,位置基本吻合。鲁D 96 4经地表观查,沿异

常区岩性、植被呈条带分布,古河道特征明显。

鲁D 96 5在地下10m以内存在可饮用水。

5 浅层淡水远景区评价

根据不同频率电磁异常的范围、电磁响应强

弱的变化规律及水文地质情况,提出了本区浅层

淡水远景区的评价准则。

(级淡水远景区 3个频率的标差异常均为

负值或明显低于背景的接近零值的异常,范围较

大,地表盐碱化程度较低,岩性颗粒较粗,多为冲

积成因的砂性土,水量较大。

&级淡水远景区 520Hz,2020Hz或只有

520Hz标差异常明显低于背景值,地表盐碱化程

度中等,岩性为细砂、粉砂与亚粘土互层,水量中

等。

)级淡水远景区 2020Hz,8020Hz或其

中一个频率的标差异常明显低于背景值,淡水体

厚度较薄,一般为10m以内的浅部水,水量不

大,岩性地貌特征不明显。

根据上述原则,在半咸水区和咸水区内共圈定(级淡水远景区3处,&级淡水远景区17处,)级淡水远景区9处(图6)。

(级淡水远景区主要分布于黄河西南段及博兴 陈户店一带,包括北镇南 利津(I 1)、盐窝(I 2)、博兴 陈户店(I 3)淡水远景区。其中I 1远景区规模最大,长约50km,宽2~10km,面积160km2,估算淡水体底界面深度40~55m,结合水文岩性孔及航电反映的深度,估算水量约为1.6亿m3∃,具有工业和农业可利用的规模,可作为黄河三角洲地区较理想的地下水库;I 2远景区长约10km,宽1.5~3km,面积约21km2,淡水体底界面深度35~50m,水量估算为15.75%10m;I 3远景区长约17km,宽2.7~6km,面积50km,水量估算为22%10m。

&级淡水远景区主要分布于测区内小清河中部和西南部,以及测区北部沾城、义和庄 六∃王卫平,等.山东黄河口地区航空物探(磁、电、伽马能谱)勘查成果报告.航空物探遥感中心,1998.763632图5 鲁D 96 3航电异常地检&剖面曲线1 实部曲线;2 虚部曲线;3 实、虚分量相减曲线

图6 山东黄河口地区浅层淡水远景区评价

合一带,远景区编号为& 1~& 17。沾城、贤城新村淡水远景区规模较大,估算水量可达10%10m,其他远景区范围较小,水量在5%10m以下。

)级淡水远景区主要分布于徒骇河、庞家、乔庄及测区东北部的西张、军马分场一带。流中淡水远景区规模较大,估算水量为4.5%106m3,其他远景区水量均在1.0%106m3以下。63636 结论

1.根据不同频率,从3个不同的层次划分了本区的海侵界线,认为在海侵边界附近形成了一个过渡区,呈上咸下淡的双层结构。

2.在咸水区内圈定的寻找浅层淡水的部分异常,已得到水文地质成果的佐证,提出了本区浅层淡水远景区分级评价指标,据此圈定了3个级别的浅层淡水远景区。

3.把航电异常与水文地质图对比,并对部分异常进行了地面查证。结果表明,利用航电寻找浅层淡水是有效的,且可以寻找咸水层下的淡水体。

4.本次研制的航空电磁法寻找浅层淡水的方法技术是成功的,对在类似环境条件下开展

(下转127页)

BridgeinXiamen,thispapermakesapreliminarydiscussiononvariousaspectsoftheapplicationofshallowseismicreflectedwavetechniquetotheexplorationofbridgesiteinwaterarea.

Keywords shallowseismicreflectedwavetechnique;bridgesiteexploration

作者简介 王光权,男,1968年生,现任铁道部第二勘测设计院物探队工程师,多年来从事浅层地震反射波法勘探工作,承担了广梅汕铁路、广深珠高速公路、南昆铁路、株六铁路(增建二线)、渝怀铁路等诸多桥址、滑坡、岩堆及隧道的浅层勘探工程项目,发表论文2篇。

(上接121页)

浅层淡水的航空物探勘查会有所启迪。

参加本次工作的人员还有徐东宸、王启辉、罗锦荣、董保和等同志。

参 考 文 献

1 王懋基,张文斌.航空物探解释方法及应用.北京:地质出版社,1992

2 武汉地质学院金属物探教研室.电法勘探教程.北京:地质出版社,1980

THEAPPLICATIONOFAIRBORNEELECTROMAGNETICMETHODTOTHEEXPLORATIONOFSHALLOWFRESHWATERATTHEMOUTH

AREAOFTHEYELLOWRIVER

WangWeiping WangYuesheng

(AerogeophysicalandRemote-SensingCenter,MinistryofLandResources,Beijing 100083)

Abstract Thispaperprobesintothemethodandtechniqueofapplyingairborneelectromagneticmethodtotheexplorationofshallowfreshwater.Tomeetthewater-searchingdemand,theauthorscompiledthetri-frequencystandarddeviationanomalymapwiththereservationofregionalfield,andstudiedthetransgressiveboundaryandtransgressivedegreeofthisarea.29freshwaterprospectareasweredelineatedinthesaltwaterregion,withanalysisandevaluationmadefortheseprospectareas.

Keywords airborneelectricstandarddeviationanomaly;shallowfreshwater;transgressivedegree;transgressiveboundary;shallowfreshwaterprospectarea

第一作者简介 王卫平,男,1963年10月出生于黑龙江省密山市。1984年毕业于长春地质学院应用地球物理系,1991年获该专业硕士学位。现在国土资源部航空物探遥感中心工作,高级工程师,发表论文数篇。