三维高密度电法在隐伏构造富水性勘探中的应用

马静晨，李 娜

（1.北京市地质工程勘察院，北京 100048，2.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750）

三维高密度电法在隐伏构造富水性勘探中的应用

马静晨1，李 娜2

（1.北京市地质工程勘察院，北京 100048，2.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750）

三维高密度电法勘探是在二维电法勘探的基础上发展起来的一种较新的勘探方法。本文通过实例介绍了三维高密度电法在隐伏构造富水性勘探的应用效果。

三维高密度电法；隐伏构造；富水性

0 前言

三维高密度电法勘探是在二维电法勘探的基础上发展起来的一种较新的勘探方法，是电法勘探中的一个重要分支，是现在真正实现地电体的三维空间探测的一种方法，具有广泛的应用前景。本文介绍了在山西某地采用三维高密度电法成功查明富水隐伏构造的位置，为后期科学的布置井位奠定了基础。

1 三维高密度电法工作原理

高密度电阻率法是以探测地下目标体与围岩之间的导电性差异为基础的一种地球物理勘探方法。当人工向地下加载直流电流时，在地表利用相应仪器观测其电场分布，通过研究这种人工施加电场的分布规律来达到解决地质问题的目的。因此，我们就要研究在施加电场的作用下，地层中传导电流的分布规律。

实际的地下地质结构电阻率表现为三维的电性结构，即ρ=ρ(x,y,z)。当地下半无限空间的电阻率分布为各向同性时，在地表观测的电位值U满足以下公式：

式中σ为电导率，f是源位置函数。

三维直角坐标系中，若场源是一个位于A（XA,YA,ZA）点，电流强度为+I的点电源，则：

式中δ为狄拉克函数。

高密度电阻率法在求解简单地电条件的电场分布时，通常采用解析法，即根据给定边界条件，解拉普拉氏方程：

它概括了稳定电流场所满足的基本实验定律，反映了稳定电流场的内在规律。

2 应用实例

2.1 工区概况

工区位于晋东南黄土覆盖区，经过多年抽灌，区内大部分浅井已接近干涸，为保障附近农田灌溉，需在工区布置1-2个井位，经过对工区地球物理特征分析认为，采用三维高密度电法勘探可查明工区内富水位置，指导凿井。

区内地层由老至新分别为奥陶系、石炭系、二叠系下统下石盒子组和第四系地层，主要含水层为第四系含水层和下石盒子组含水层。根据工区内水井调查，区内黄土厚度8～25米。

2.2 观测系统

三维高密度电法勘探时常用的装置有单-单极、单-偶极、偶-偶极，根据本次勘探的地质任务，采用了电极距10米，线距40米的偶-偶极三维观测系统。

偶-偶极排列的视电阻率计算公式如下：

这里 a 是M、N电极间距， n 是AM与MN的比值。偶-偶极排列的优点是水平分辩率较高，但是它的信号强度较低。为获得更好的穿透深度，可以增大A、B(和M、N)间的距离。降低噪声干扰的一个方法是采用不同的a值和n值进行多次重复观测。

图1 偶-偶极(dipole-dipole)排列

图2 三维工区示意图

2.3 数据处理

不同的反演软件进行数据处理时步骤差异较大，三维高密度电法数据处理步骤如下：

（1）野外采集数据整理（包括观测系统校对和格式转换）；

（2）反演参数预设（厚度增长因子、滤波、阻尼因子、迭代次数、收敛限差等）；

（3）执行反演计算；

（4）反演成果输出。

相对于二维高密度电法成果，三维成果更加丰富，在成果解释时既可以进行断面、切片解释，也可以在空间成图软件中进行立体解释，实现图件的多样化和解释的立体化，图3为工区电阻率成果图。

图3 三维高密度电法电阻率成果图

图4是本次三维高密度电法反演特征图。从模型—观测数据分布特征图可以看到，模型和观测数据呈正态分布，迭代反演5次时误差为6.57%，与反演4次时相差0.07%，模型响应与实测电阻率趋于稳定。

图4 三维高密度电法反演特征曲线

2.4 成果解释及验证情况

电阻率是地层、构造等地质体的直接响应，根据三维高密度电法电阻率成果：工区地层起伏不大，且电阻率界面清晰，上部为第四系黄土，电阻率40～80 •m，厚度3～30m；下部为下石盒子组砂泥岩互层，电阻率50～1200 •m。浅部有几处明显的电阻率异常，分析为第四系富水区。在测区中部有明显的带状低阻异常，推断为富水构造F1。

图5 综合解释成果图

综合分析本区的水文地质条件，推断构造F1的“源、通、储、泄”等基本地质条件良好，推断富水构造的三维高密度电法成果可靠，设计了井1（见图5）。

根据凿井资料：井1第四系厚度17米，下遇破碎带，最终井深56米，稳定出水量420m3/d，超过预期。

3 结束语

本次隐伏构造富水性探测采用三维高密度电法，发现了工区内的富水隐伏构造F1，经凿井验证，成果可靠。本次三维高密度电阻率法在隐伏构造勘探中的成功运用，为今后开展类似工作提供了宝贵的经验。

[1]傅良魁主编.应用地球物理教程—电法、放射性、地质[M].北京：地质出版社.1991.

[2]董浩斌，王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘，2003,10.

[3]张建智,易才华,李 娜.煤矿浅埋老窑采空区多梯度剖面装置探测研究[J].中国煤炭地质，2012,5.

Application of 3D High-Density Electrical Method to
Detection of the Groundwater Exploration in Concealed Structure

MA Jincheng1,LI Na2

( 1.Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering ,Beijing 100048;2.Research Institute of Coal Geophysical Exploration of China National Administration of Coal Geology,Zhuozhou,Hebei 072750)

3D high density apparent resistivity measurement is new method, which devoloped from 2D method.in this paper,we give a application with 3D high density apparent resistivity measurement and introduce its effect about the groundwater exploration in concealed structure.

3D High-Density Electrical Method;Buried fault; groundwater yield property

P631.3

A

1007-1903（2014）01-0043-03