音频大地电磁测深法在新疆伊犁河谷区物探工作中的应用

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(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

1 区域概况

1.1 地形地貌

新疆伊犁河谷区北依天山、南濒伊犁河，地势北高南低，由西北向南倾斜，地形复杂。经历几次构造抬升，整体有四级夷平面，高程分别为4 000 m、2 800 m、1 500、1 000 m，北部山岳海拔高程在3 500～4 300 m之间；河谷海拔一般在1 000～1 500 m，最低处为南部伊犁河两岸平原地带，海拔仅530 m，海拔高差达3 770 m。北部横卧天山支脉-别珍套山与科古尔琴山，呈西北-南东走向；中部的丘陵地带沟梁相间，形态上呈垄状长岗；南部为山前冲积-洪积倾斜平原及伊犁河冲积平原。据工作区地貌形态成因，总体上可划分为侵蚀、冰蚀褶皱断块山、剥蚀堆积块状隆起山和堆积平原三个大地貌单元。

1.2 水文气象

工作区具有光照充足、冬夏冷热悬殊、春温不稳、秋季降温快、温度日变化大、干燥少雨等典型的大陆性干旱气候特点。根据统计，工作区每年1月最冷，7月最热，年平均气温9.3℃，由南向东、向北随着海拔高度的增加，气温随之降低；多年平均最高气温16.4℃，多年平均最低气温-2.9℃，全年极端最高气温40.1℃，极端最低气温-42.6℃。工作区全年无霜期平均为165 d，无霜期一般始于4月中旬，最晚为6月中旬，平均止于9月底。工作区多年平均降水量218.9 mm左右，多年平均蒸发量1 401.1 mm，是降水量的6.4倍，6、7月月均降水量最大，分别为29.6 mm和33.5 mm，降雨量由南向北随纬度增加而增加。工作区降雪一般发生于10月至翌年4月，5月和9月个别年份有降雪；积雪平均初日为11月19日，最早为10月5日，最晚为12月22日，平均积雪日数为94.3 d，最长达133 d，最短为48 d，变化较大；融雪期发生在每年3-5月，高山区部分终年积雪。工作区春秋冬三季盛行东北风，夏季以东南风为主，霍尔果斯一带春季盛行东北风，夏季为东风，秋冬两季以北风为主，山区均为东南风，风速一般21～24m/s。总之，从区域以后看，气象要素值随着高程的变化而又明显的垂直分带，随着高程的增大，气温降低，降水量增加，融雪期增加。

1.3 水文地质概况

1.3.1 地下水类型

伊犁盆地地下水的形成、运移及赋存受区内地形地貌、地层岩性、气象水文等诸多因素的影响和制约，山区、平原区水文地质条件差异很大。地下水的形成、运移及赋存受区内地形地貌、地层岩性、气象水文等诸多因素的影响和制约，山区、平原区水文地质条件差异很大。依据地下水的赋存条件与水力特征，工作区地下水的类型总体上可分为第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸岩夹碎屑岩、岩溶裂隙水和基岩裂隙水。

1.3.2 第四系松散岩类孔隙水和承压水

第四系松散岩类孔隙水和承压水主要分布在工作区内伊犁河北岸山前冲洪积平原及各较大支流的沟谷中，含水层岩性多为卵石、砂砾石。由北向南顺平原倾斜方向或水流方向，砾径由粗变细；水量由小变大。补给来源主要取决于大气降水渗入、河渠水渗漏及基岩裂隙水的侧向补给，地下水径流方向大致为由北东向南西，至伊犁河岸以泉和沼泽的形式排泄。承压水赋存于潜水含水层之下，岩性多为砂砾石、粗砂、含砾粗砂和中细砂。受上层潜水的迳流补给、河渠水渗漏及基岩裂隙水的侧向补给，地下水径流总体由北东向南西，多以人为开采形式排泄。

1.3.3 基岩裂隙水和碳酸盐类裂隙水

基岩山区以基岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水为主，地下水的主要补给形式为大气降水、冰雪融化水入渗。在水流切割剧烈的山区，基岩裂隙水沿断层和裂隙带，从高处向低处流动，经过短途径流，在条件适宜处以下降泉的形式溢出地表，排泄于沟谷中。山区地下水的补给、径流、排泄相互转化，水交替十分强烈。极高山区有较丰富的冻结层水。

2 工作方法及设备

2.1 工作布置

依据项目设计，本次勘查主要使用连续电导率成像系统—EH4(音频大地电磁测深法)进行物探测量工作。EH4是采用人工场和天然场结合的一种频率测深方法，俗称双源频率测深，其低频部分采用天然场，高频部分(500 Hz以上)采用人工场，经验表明该方法勘探深度一般数10～1 000 m，可以满足任务书和设计要求。

2.2 装置工作参数的选择

本次勘查参照使用工作规范为《可控源声频大地电磁法勘探技术规程》SY/T 5772-2002和《大地电磁测探法技术规程》(DZT0173-1997)。EH4为本次物探勘查的主要方法，目的在于推断勘查区内地层岩性，含水层结构等。进入工区后，物探项目组即开展了EH4采集参数的实验工作，对野外噪音水平进行检测，对收发距离、电极线长度进行试验，最终确定野外采集参数如下：收发距离300 m，电极长度50 m，迭代次数不少于16次。

3 资料处理及完成工作量

EH4剖面处理及解释利用成都理工大学提供的MTsoft2D软件进行数据圆滑、静态校正等初步处理后，利用该软件的反演模块进行反演，然后利用surfer、CAD等绘图软件绘制最终成果图。勘探点坐标在野外工作中利用手持GPS进行点位测量，其高程数值利用Global Mapper软件通过高程数字地图模型进行切取。2015年，完成EH4探测剖面7条、高密度探测剖面2条。累计完成物探点537点，其中EH4 402点，点距0.5 km,高密度135点，点距10 m。累计完成工作量占年度设计工作量的134.2%，全面完成年度下达EH4勘探点400点的工作任务要求；完成EH4质量检查点14点，占全年完成EH4工作量的3.5%，均方根误差在3.06%～4.87%之间，全区军方根误差为3.483%。物探数据采集过程中对当日完成数据点曲线质量进行了及时评价，定期开展平行试验工作，有效保证了数据的采集质量及仪器控制要求。本次物探仪器工作正常，数据采集真实有效。

4 特征剖面选取

A1号剖面位于勘查区最西端，西临中-哈国境线。该剖面是在以往(2013-2014年)物探工作的基础上进行测点加密，点距最终达到500 m。通过本年度及以往工作，A1号剖面南起于乌孙山前，北扩至北部基岩山区，剖面全长106km,累计完成EH4勘探点193点，其中2015年度完成EH4勘探点94点。

A1号剖面起始于南北两侧基岩山区，横跨整个伊犁河谷地，从南至北依次包含了南部基岩山区、南部山前砾质带、伊犁河南部细土平原区、伊犁河北部沙漠区及细土平原区、北部山前砾质带及北部基岩山区等较完整的水文地质、地貌单元。由于该剖面毗邻中哈国境线，其勘探结果对于了解分析我国地下水向哈萨克斯坦的流出、补给存在重要意义。

2013年～2014年，在A1号剖面附近累计完成钻孔5孔，依次分布于剖面南部砾质带、中部细土平原区及北部山前砾质带，钻孔孔深250～500 m，较清晰的揭露了区内第四系覆盖层地层岩性、厚度及结构，为A1号剖面的推断解释提供了较全面的基础资料。

综上，在分析利用区内测井资料的基础上，选取A1号剖面作为本次物探勘查工作的特征剖面加以综合分析和利用，有利于了解区内地层岩性的地球物理特征，进而对区内其他物探剖面进行推断解释。

5 特征剖面的推断解释

从A1号剖面电阻率等值线图可以看出，A1号剖面在水平方向上电性变化特征明显，主要表现为高阻-低阻-中高阻-高阻-低阻的变化特征，依次对应于南部基岩山区-山前砾质带—中部细土平原区(沙漠区)-北部山前砾质带-北部基岩山区等地质、地貌特征；在垂直方向上电性变化特征同样明显，在南北两侧主要表现为高阻-低阻的变化特征，中部平原区(沙漠带)则表现为低阻-高阻-低阻的变化特征，电性特征的变化显示了地层结构、岩性在垂直方向上的变化。现结合钻孔资料，对A1号剖面分段进行分析如下：

5.1 剖面南段

如图1所示，该图显示了A1号剖面0-75号点之间的电阻率断面图，主要反映了南部基岩山区至伊犁河南岸细土平原区之间的地电变化情况。从该电性剖面可以看出，A1号剖面南段电阻率值范围在0～200 Ω·m之间变化，电性特征在水平方向和垂直方向上均表现为高阻-低阻的变化特征。

在该剖面22、34号点处，收集到我单位于2014年度完成的钻孔两眼，分别为KT37、KT14号钻孔。KT37号钻孔孔深243 m,其中0～146 m揭露显示为单一砂砾石地层，146～207 m揭露显示为含土含砾石地层；207～232 m揭露显示为粘土、含砾粘土地层，232～243 m揭穿第四系覆盖层，基底岩性为新近系泥岩。KT14号钻孔孔深300 m,其中0～165 m揭露显示为单一砂砾石地层，165～300 m揭露显示为砂砾石、含土砂砾石互层结构，该孔未揭穿第四系覆盖层。从钻孔揭露情况显示，A1号南部第四系覆盖层地层岩性及埋藏顺序主要为砂砾石地层、含土含砾地层及粘土、粘土含砾互层。

通过钻孔资料与地电断面图对比分析，可以发现以80 Ω·m电阻率等值线(如图1红色实线)能够较清晰的划分第四系砂砾石地层的底部界限，以40 Ω·m电阻率等值线(如图1黄色实线)能够较清晰的划分第四系含土含砾地层的底部界限，以25 Ω·m电阻率等值线(如图1黑色实线)能够较清晰的划分第四系粘土、粘土含砾地层的底部界限，该等值线同时可以作为第四系覆盖层的底板界限。在该剖面南侧水平方向上，存在明显的电性梯度变化带，以25 Ω·m等值线(如图1红色虚线)划分南部山区基岩界限，推断该处存在一南向北的断层。

综上所诉，对A1号剖面南部地层结构推断解释结果如下：

ρ11第四系砂砾石地层，电阻率值在80～200 Ω·m之间；

ρ12第四系含土含砾层，电阻率值在40～80 Ω·m之间；

ρ13第四系粘土、粘土含砾石地层，电阻率值在25～40 Ω·m之间；

N11新近系泥岩地层，电阻率值在0～25 Ω·m之间；

C11石炭系花岗岩地层，电阻率值在35～200 Ω·m之间。

图1 A1号剖面南段地电断面等值线图(0-75号之间)

5.2 剖面北段

如图2所示，该图显示了A1号剖面165-208号点之间的电阻率断面图，主要反映了霍尔果斯市62团团部至北部基岩山区之间的地电变化情况。从该电性剖面可以看出，A1号剖面北段电阻率值范围在0～400 Ω·m之间变化，电性特征在水平方向和垂直方向上均表现为高阻-低阻的变化特征。

在该剖面175、182、185号点处，收集到钻孔两眼，分别为X97、ZK1、X118号钻孔。X97号钻孔孔深185 m, ZK1号钻孔孔深250 m，X118号钻孔孔深178 m,揭露岩性均为单一的卵砾石地层。三眼钻孔均未揭穿第四系覆盖层。

通过钻孔资料及剖面南部推断解释结果与北侧地电断面图对比分析，可以发现以80 Ω·m电阻率等值线(如图2红色实线)能够较清晰的划分第四系砂砾石地层的底部界限，以40 Ω·m电阻率等值线(如图2黄色实线)能够较清晰的划分第四系含土含砾地层的底部界限，以25 Ω·m电阻率等值线(如图2黑色实线)能够较清晰的划分第四系粘土、粘土含砾地层的底部界限，该等值线同时可以作为第四系覆盖层的底板界限。在该剖面北侧水平方向上，存在明显的电性梯度变化带，以25 Ω·m等值线(如图2红色虚线)划分北部山区基岩界限，推断该处存在北向南的断层。

综上所诉，对A1号剖面北部地层结构推断解释结果如下：

ρ11第四系砂砾石地层，电阻率值在80～200 Ω·m之间；

ρ12第四系含土含砾层，电阻率值在40～80 Ω·m之间；

ρ13第四系粘土、粘土含砾石地层，电阻率值在25～40 Ω·m之间；N11新近系泥岩地层，电阻率值在0～25 Ω·m之间；

图2 A1号剖面北段地电断面等值线图(165-208号之间)

5.3 剖面中段

如图3所示，该图显示了A1号剖面中段75-168号点之间的电阻率断面图，主要反映了伊犁河南岸至霍尔果斯市62团团部之间的地电变化情况。结合我单位2013-2014年度在该区域开展物探工作所所取得的工作认识，该处第四系厚度较大，第四系厚度在400～600 m，采用EH4高频探头获取的勘探深度已不足以揭穿第四系覆盖层，因此在2014年度我单位在该区域补充开展了EH4低频探头数据采集，有效勘探深度可达1 000～1 200 m,结果表明通过使用EH4低频探头进行勘查，可以揭穿第四系覆盖层，了解基底起伏形态。分别显示了EH4高、低频探测结果，其中低频探头反演深度1 000 m，高频探头反演深度600～700 m。从高、低频反演结果可以看出，A1号剖面中段电性特征在水平方向上主要表现为低阻-高阻-低阻的变化特征，在垂直方向上则显示为高阻-低阻或低阻-高阻-低阻的变化特征。电性特征在水平、垂直方向上的变化，表明了地层岩性在水平和垂直方向上的变化。

从该电性剖面可以看出，A1号剖面中段电阻率值范围在0～250 Ω·m之间变化，电性特征在水平方向表现为低阻-高阻-低阻的变化特征，在垂直方向上表现为高阻-低阻的变化特征，局部表现为低阻-高阻-低阻的变化特征。EH4低频探测结果从断面图垂直方向上可以看见明显的高阻电性层-过渡带电性层-低阻电性层的电性层变化，而从图4的EH4高频探测结果则电性分层不明显。

在该剖面91、134号点处，收集到我单位于2014年度完成的钻孔两眼，分别为ZK3、KT12号钻孔。ZK3号钻孔孔深300 m, ZK12号钻孔孔深500m,两眼钻孔均未揭穿第四系覆盖层。从钻孔揭露结果显示，该段地层岩性主要为中细(粗)砂地层夹粉土、粘土、砾石薄层。其中粉土、粘土及砾石层厚度较小，在0至数米之间，中细砂(粗砂)地层厚度在十几米至数十米之间，且多以互层结构出现。

通过钻孔资料及地电断面图对比分析，以80 Ω·m电阻率等值线(如图3红色实线)划分第四系砂砾石地层的底部界限，以60 Ω·m电阻率等值线(图3蓝色实线)划分中细砂夹粉土地层的底部界限，以40 Ω·m电阻率等值线(图3黄色实线)第四系中细砂夹砾石地层的底部界限，以25Ω·m电阻率等值线(图3黑色实线)划分第四系中细砂夹粘土地层的底部界限，该等值线同时可以作为第四系覆盖层的底板界限。综上所诉，对A1号剖面中段地层结构推断解释结果如下：

ρ11第四系砂砾石地层，电阻率值在250～80 Ω·m之间；

ρ14第四系中细砂夹粉土地层，电阻率值在60～80Ω·m之间；

ρ15第四系中细砂夹砾石地层，电阻率值在40～60 Ω·m之间；

ρ16第四系中细砂夹粘土地层，电阻率值在25～40 Ω·m之间；

ρ17第四系粉土、粉细砂地层，电阻率值在20～35 Ω·m之间；

N11新近系泥岩地层，电阻率值在0～25 Ω·m之间。

(75-168号之间，上图为高频探头探测结果，下图为高频探头探测结果)

图3 A1号剖面中段地电断面等值线图

6 剖面推断与解释

通过对A1号特征剖面进行分析，结合勘查区内取得的工作成果和认识，对本次物探剖面推断解释如下：

6.1 A1号剖面推断解释

A1号剖面沿南北向布设，位于勘查区西侧，毗邻中哈国境线，该剖面原点距1 km，经2015年度加密后点距500 m。剖面累计完成EH4勘探点193点,其中2015年度完成94点。

A1号剖面地电断面电阻率值在10～400 Ω·m之间，电阻率变化特征在水平方向上和垂直方向上均变化明显，在垂直方向上表现为高阻-低阻-高阻-低阻的变化特征，在水平方向上则主要变现为高阻-低阻的变化特征，局部表现为低阻-高阻-低阻的变化特征。通过分析电阻率值在空间上的变化再结合区内钻孔、地质资料，能够推测区内地层岩性，划分地层界限。

从A1号剖面推断解释成果图可以看出，其第四系覆盖层主要分布在南北两侧山前砾质平原区和中部细土平原区(沙漠段)，第四系覆盖层的厚度在0～700 m。

6.2 A2号剖面推断解释

A2号剖面沿南北向布设，位于霍尔果斯口岸东侧，2015年度在已有资料的基础上对A2-152号点至A2-194号点之间进行加密，点距500 m,加密后A2号剖面点距500～1 000 m,剖面总长度为102 km,EH4点数123点，其中2015年度完成22点。2号剖面地电断面电阻率值在10～460 Ω·m之间，电阻率变化特征在水平方向上和垂直方向上均变化明显，在水平方向上表现为高阻-低阻-高阻-低阻的变化特征，在垂直方向上则主要变现为高阻-低阻的变化特征，局部表现为低阻-高阻-低阻的变化特征。A2号剖面附近收集到钻孔三眼，分别为KT38、X207、X64，其中KT30号孔为我单位于2014年度完成，孔深200 m,揭露岩性为砂砾石，局部夹含土含砾薄层，X207、X64号孔为收集钻孔，孔深分别为123 m、130 m,揭露岩性为粘土、砾石等互层结构。通过分析电阻率值在空间上的变化再结合区内钻孔、地质资料，能够推测区内地层岩性，划分地层界限。从A2号剖面推断解释成果图可以看出，其第四系覆盖层主要分布在南北两侧山前砾质平原区和中部细土平原区(沙漠段)，第四系覆盖层的厚度在0～740 m之间。

6.3 A3号剖面推断解释

A3号剖面沿南北向布设，该剖面为2015年度新布设剖面，点距500 m,剖面总长度为21.9 km,EH4点数45点。A3号剖面地电断面电阻率值在10～460 Ω·m之间，电阻率变化特征在水平方向上不明显，在垂直方向上则主要变现为高阻-低阻的变化特征，局部表现为低阻-高阻-低阻的变化特征。A3号剖面附近分布有大量的机民井，井深大多在100～150 m之间。由于深度有限、钻孔资料不全且地层描述杂乱，利用价值不大。通过分析电阻率值在空间上的变化再结合区内钻孔、地质资料，能够推测区内地层岩性，划分地层界限。从A3号剖面推断解释成果图可以看出，其第四系覆盖层的厚度在270～450 m之间。

7 结语

(1)通过与钻孔资料对比验证显示，EH4方法在该地区抗干扰能力强、信噪比大，曲线完整圆滑，分层能力较强，数据采集质量高，适宜于本测区水文地质勘探。利用EH4低频探头开展低频探测，有效勘探深度可达1 000 m,能够查明勘查区内伊犁河以南的大厚度第四系覆盖层。

(2)选取区内地层岩性相对简单且具有代表性的钻孔，并对其测井曲线进行统计，分析归纳出区内主要地层岩性的电性特征，其结果与特征剖面分析推断结果基本一致，利用剖面特征分析获取的地层电性特征可以作为剖面成果推断解释的依据。

(3)通过本次物探工作查明了区内地层电性变化特征，推断解释了第四系覆盖层岩性及其厚度，有效指导了区内钻孔布设工作。尤其对霍尔果斯市格干村甲朗阿西牧业队及伊车噶善乡补充开展物探高密度及EH4勘查工作，了解其覆盖层地层结构，为钻孔的布置提供了有力的依据，解决了当地长期以来饮用水困难的问题，具有十分重大的社会意义。

(4)勘查区内第四系厚度在50～750 m之间，整体表现为南厚北薄的特点。通过绘制小马扎幅及老霍城幅平面成果图，充分了解其第四系覆盖层厚度及基底标高的变化和分布特征。

[1]新疆地质工程勘察院. 新疆伊犁河谷霍城-霍尔果斯口岸水文地质调查项目物探工作成果报告[R].2015.9.