瞬变电磁法在张家口坝上贫水区水文地质调查中的应用

蔡会梅

（河北省煤田地质局第四地质队，河北 宣化 075100）

康保县位于张家口坝上贫水地区，是国家级扶贫开发工作重点县。随着经济的快速发展，城镇人口逐年增长，现有水源地地下水位逐年下降，且水源地二级保护区内有污染源多处。

为解决用水紧张局面，保障居民生产生活用水安全，我队先后对康保县开展了水文地质调查和水源地补充勘察工作，寻找新的富水区域作为县城集中供水后备水源地。

1 地质和水文地质特征

勘查区内大部分被第四系覆盖，仅有零星基岩露头，区内地层分布受区域地质构造NE-SW向康保—赤峰深大断裂的控制，基岩剥蚀区和松散沉积区的平面形态均与断裂走向分布一致[1]。综合区域资料，本区发育的地层由老至新依次为：新太古界红旗营子群；新元古界化德群；新近系和第四系。勘查区岩浆岩较发育。

康保县地处坝上高原水文地质区内，属内陆河流域，无地表河流，仅在低洼地积水形成大小不一的浅碟形盐淖，构成地表水和地下水的集聚地。按照地形地貌特征，水文地质主要呈波状平原型特征，含水层以第四系砂、砾石为主，近山地带为角砾、碎石。含孔隙潜水，在不同的区域，水文地质条件各异，蒸发排泄强烈，富水性较差，一般属弱富水区或贫水区。县域内地下水划分为基岩风化裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、松散岩类孔隙水三种类型。

2 工作原理及仪器设备的技术参数选取

2.1 工作原理

瞬变电磁法是一种时间域电磁法（简称TEM），是以地壳中岩（矿）石的导电性与导磁性为主要物质基础，根据电磁感应原理观测和研究人工脉冲电流场激励大地而产生的瞬变电磁场空间与时间分布规律，来寻找地下目标体，研究浅层至中深层的地电结构，来解决相关地质问题的一种时间域电磁法[2]。基于岩石电性差异的瞬变电磁法，是利用不接地线源向地下发送一次脉冲场，利用不接地回线观测二次涡流电磁场衰减特性，主要用于研究低阻目标体、地下岩层的电性分布特征。

2.2 仪器设备和技术参数的选取

本次瞬变电磁法工作所用仪器为重庆奔腾数控技术研究所生产的WTEM-1型瞬变电磁观测系统。通过实地工作试验结果，在测区采用大回线装置，供电电流≥9A；设置频率4Hz；发射线框600m×300m×1匝；接收线圈5m×5m×8匝；接收机增益32×32倍；叠加次数≥200次观测。

3 资料解释

本次瞬变电磁法施工的各测线反演电阻率剖面图，清晰地反映了沿各测线地层层位变化和地质构造轮廓；浅部等值线稀疏，平缓变化并有封闭现象，中部等值线密集，深部等值线相对较密集，变化剧烈，有较大起伏。全区各测线视电阻率剖面图反应的这种现象与本区地质层位的对应关系明确，充分反应出区内各地层排序、变化情况[3]。

下面以DL1线的反演电阻率剖面图为例结合地质资料分析。断面图揭示测线地层电性特征大致反映为两部分，浅部为新生界，视电阻率值≤100Ω·m，厚度50m～150m；深部地层视电阻率值较高，阻值＞100Ω·m，甚至数千欧姆·米以上，以晚二叠世入侵花岗岩为主，层厚＞500m。测线平距1500m～3500m处，高阻基底隆起，使低阻层厚度变薄；根据调查及地形图分析,该地段西侧有地势隆起现象,说明该段地电形态反应合理；测线平距4150m、4450m处，深度200m以上均有低阻向深部延伸趋势，使得电阻率等值线呈上下浮动形态。推断该处有两条逆断层存在，命名为F6、F5。测线平距7000m～8800m处，高阻基底隆起至地表，地表出露为古元古界化德群石英岩，电阻率断面图可见浅部地层阻值高于几百甚至上千欧姆·米。两翼表现出低阻带上下贯穿形态，推测该地段有两条逆断层发育，命名为F4、F3，8800m～11450m地层结构较为平缓，深度150m以浅为新生界地层，视电阻率值≤100Ω·m；下部至探测深度600m处均为晚二叠世入侵花岗岩，视电阻率值＞100Ω·m。由于DL1线太长，图1只展示了测线平距5550m～11000m的反演电阻率及地质解释断面图。图中横坐标为测点距离，测点间距为50m。

图1 DL1线反演电阻率及地质解释断面图（5550m～11000m）

4 结论和建议

通过本次瞬变电磁法勘查，大致查明了测区地质结构及构造发育状况，测区内各测线均见低阻电性层反映，对含水层存在状况进行了评价，为圈定地下水开采靶区，拟定水井位置，提供了有利的依据。

同年，我队在康保县城区集中供水水源地勘察项目中，采用可控源音频大地电磁测深法和激电测深法对县城西侧现水源地区域和西村新建后备水源地区域进行勘探。结合已有瞬变电磁测深成果综合分析，在现水源地区域新施工探采结合井5口，西村后备水源地施工2口，水质较好，达到生活饮用水质量标准，均可作为县城集中供水水源井。其中SY2、SY3、SY4、SY5号井的出水量分别为每小时84m3、82.8m3、84m3、51.24m3，水文观测结果与瞬变电磁勘探结果基本吻合。

5 存在问题

地面瞬变电磁勘探能有效减小高阻屏蔽，对低阻体反映较好，受探区地形影响较小，探测深度范围大，施工方便快捷效率高。但由于人文电磁噪声、地电噪声的干扰，再加上地质因素的复杂性和地球物理解释工作难度大，存在一定的多解性，需我们进一步研究探讨，掌握规律，让它更好的服务于水文调查工作。