维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年９月 地下水 Ｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ 第２４卷第３期 Ｓｅｐ．，２００２ ＶｏＩ．２４ ＮＯ．３ 天然电场选频法在勘察地下水中的应用 孙金龙 （河南省郑州工业贸易学校，河南郑州４５ＯＯＯ７） ［摘要］ 天然电场选频法是勘察地下水赋存情况的一种物探方法，与常规物探方法相比，具有快速、信息丰富、独特的地质效果。 ［关键词］天然电场选频法；地下水ｉ快速 ［中图分类号］Ｐ６３１．３ ２ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００４－－１１８４（２００２）０３－－０１８１－－０２ 随着工农业生产的迅猛发展和城乡人口的增加， 许多地方生产用水和人民群众生活用水十分困难。在 这些地区，如何快速有效地寻找到丰富的地下水源，是 解决缺水的重要环节。对发展农业、工业等都有着十分 重要的意义。 天然电场选频法，是利用大地电磁场及交变电磁 场作为场源，通过测量电磁场在地面产生的电场变化 特征，研究地下地电断面的电性差异，以达到探测地下 水的一种新兴物探方法。该方法与常规物探方法相比， 设备小巧轻便，工作方法简单，获取信息量大，资料直 观易解释，在水文地质工程地质中取得了满意的地质 效果。本文主要对天然电场选频法的基本原理及其在 不同的地电模型中的应用效果进行阐述。 １天然电场选频法的基本原理 断地质体的高、低阻特征。 仪器测量工作频率选用的是具有大地电磁场特征 的频率。我们知道，大地电磁场的频谱是相当宽的，从 ０．００１Ｈ：到１Ｏ Ｈ：之间。但根据实际的地质问题需要， 选用１５．７、２３．６、７１．８、１２９、２１３、３２０、６４０、９８０、１４５０、 ２５２０（Ｈ：）１０个频点的工作频率，频率间隔在对数坐标 纸上均匀分布，达到探测不同深度的目的。实践得知： 由理式计算的深度比实际深度大，所以要乘以一 个改正系数，一般取１／２～１／３。 ２应用实例及效果 ２．１ 古河道地下水 济源市坡头镇坡头村位于黄河北岸，二级阶地上。 据黄河滩边地层出露及已知井可知，自上而下岩性依 天然电场选频法场源为大地电磁场及交变电磁 场，在距离场源很远的地面所分布的场，可视为一平面 波，其方向近似垂直于地面，场的变化规律服从麦克斯 韦方程组。通过对普通型波动方程求解，可以导出波阻 抗与介质交流电阻率的关系： －１ｌＩＥｘ ）。 （Ｈ（１） 次为：粘土、砂砾石、粘土及硬粘土等。由于区内主要含 水砂砾石层处于区域水位之上，加之地表补给面积有 限，造成该区为贫水区。有关施工单位先后在该区凿井 ７眼，都以无水而告终。我单位接受委托后，经详细地 质调查，确定找水方向一黄河古河道孔隙水。根据区域 水位和覆盖层厚度，选择天然电场选频法测量工作频 率为３２０、６４０（Ｈ：），点距２０ｍ，进行区域剖面测量，完成 式中 表示交流电阻率（Ｑ・ｍ）；ｆ为工作频率（Ｈ：）； Ｅ 和Ｈ 分别为电场分量和磁场分量；警为波阻抗。这 里不考虑Ｅ 和Ｈ 之间的相位差。 根据平面电磁波在地层中传播时的衰减特征，电 磁波在介质中穿透深度公式为 天然场剖面二条，剖面总长度４００余米。图１是位于村 东边近南北向沟内，天然电场选频法ＩＩ剖面△Ｖ曲线， 该剖面△Ｖ曲线在１５～２５号点间出现峰值异常段，幅 值达到１．５倍，认为该异常是地下古河道的反映。继而 在该段２４号点处又投入了温纳装置激电测深和五极 纵轴视电阻率测深，确定大口井位一眼，口径２ｍ，井深 ３０ｍ。施工成井后，降深２ｍ，出水量２４０ｔ／ｈ。 ２．２松散沉积层地下水 一５０３・３√ｆ ／０ （２） 式中 为穿透深度（ｍ）。由（２）式可知，电磁波的穿透深 度与频率、电阻率有关。当频率一定，电阻率越高穿透 深度越大；当电阻率一定，频率越低穿透深度越大。因 此，通过改变工作频率可达到改变探测深度的目的。由 于在同一地区小范围内磁场分量基本稳定，可视为一 常数，因而可以利用电场分量与电阻率的定性关系判 ［收稿日期］２ＯＯ２—０７—１６ 湾刘村位于郑州市西郊，工作区域为贾鲁河冲洪 积区。因河流多次改道，致使地下松散沉积层中含水砂 砾石分布不均匀，各处富水性差异较大。地下沉积松散 层以粘土、砂层和砂砾石层为主；下伏地层为二叠系砂 岩与砂质页岩互层，厚度大于３００ｍ。本次工作任务是， 查找松散沉积层中富水地段，确定最佳井位一眼。图２ 是该工区内两条近似垂直的天然电场选频剖面，南北 ［作者简介］孙金龙（１９５７一），男，河南洛阳人，工程师、讲师，长期从事物探教学、工程勘察、天然电场选频仪及方法的研究。 １８１ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第３期 地下水 ２００２年９月 向剖面在６～１０号点出现高值异常，宽度约４０ｍ；东西 向异常变化不大。分析认为地下含水砂层呈东西向条 带分布，富水性相对较好。 图１天然电场选频法Ⅱ剖面曲线 图３长沙县南拖岭△Ｖ剖面平面图 为了更好的了解地下电性层的垂直变化情况，又 ２．４岩溶裂隙水 投入了三极视电阻率测深点３个，进行对比分析，与天 然场异常分析结果吻合。在南北剖面８号点处确定井 位，设计井深９５ｍ。１９９９年５月成井后，降深５ｍ，涌水 量为４４ｔ／ｈ。 一巩义市菜园村位于嵩山之北五指岭西侧。据村内 煤田勘察孔揭露，第四系粘土夹砾石的厚度约２５ｍ， 下伏石炭系灰岩、砂质页岩和砂岩互层，该层厚约 ７０ｍ；奥陶系和寒武系地层为一套厚层状灰岩、白云质 灰岩等。 在该村进行天然电场选频法找水，布置了三条互相 平行的南北向剖面线，测量点距１０ｍ，工作频率为７１．８Ｈ ：兮 和１３０Ｈ：。三条剖面线上天然电场选频曲线都在６８～７０ Ｎ ０。 ４ 号 号测点左右出现低电位异常。图４是天然电场选频法Ⅲ剖 面△Ｖ测量曲线，Ｉ、ＩＩ剖面△Ｖ曲线与Ⅲ剖面△Ｖ测量 曲线形特相似，分析认为所观测到的物探异常为一东西 图２近似垂直的天然电场选频剖面曲线 向的基岩断裂构造带或岩溶裂隙发育带所引起的。结合 地质、水文地质资料，在Ⅲ剖面异常点处设计井位一眼， ２．３ 断层破碎带裂隙水 湖南某工程公司位于长沙县南托岭。工区地层 为：第四系白沙井组，岩性为粘土、细砂及砂砾石层。下 部为第三系渐新统霞流市组粉砂岩、钙泥质粉砂岩。区 内断裂构造发育情况不明，地层倾角１Ｏ。～１５。。用天然 钻探２００ｍ，上部Ｏ～７５ｍ为第四系冲洪积物，下部７ｊ～ ２００ｍ为奥陶系石灰岩和寒武系灰岩，其中８５～１ １０ｍ岩 芯破碎，节理裂隙发育，有溶蚀现象，成井后抽水试验，静 水位４２ｍ，降深２５．８ｍ，出水量７０ｔ／ｈ。 场选频法进行扫面工作，在区内部置了３条近东西剖 面。选用两个工作频率，ＭＮ和点距为２０ｍ，沿测线进 行观测。３条剖面中的高电位在平面上呈北西向的条 带状展布（图３），其幅值为１．２～２．４ｍｙ，宽度为１２Ｏ～ １６０ｍ。结合区内水文地质情况分析认为，△Ｖ曲线上 高电位段和低电位段分别由地下粉砂岩和钙泥质粉砂 岩所引起。即地下可能有一条隐伏断裂构造存在。 根据上述分析，在ｌｌ线异常段上布置了联合剖面 ３结论 图４天然电场Ⅲ刮面△曲线 工作，ｐＡ与ｐＢ两支曲线在４９０号点出现低阻反映，在 ５１０号点出现正交点；静电卡法ａ卡法曲线在５１０号点 通过多年的研究与实践，笔者认为，在地下水勘察 工作中，天然电场选频法与常规物探相比具有轻便灵 出现主峰异常。综合选频法、ａ卡法和联合剖面法异常 点的对应关系，将井位布设在５１０／１１号点。经钻探验 证，该孑Ｌ在８６～９４．９ｍ之间，岩石破碎，裂隙较发育， １Ｏ２～１５８ｍ容孑Ｌ发育。经抽水实验水量为１３６ｔ／ｄ，满足 活、快速高效、信息丰富等特点。无论在勘察松散沉积 层孑Ｌ隙水或基岩地下水，都有明显的分辨能力，较强的 实用性。特别是天然电场选频法受场地小，能够避 开或削弱地形、金属管缆因素的干扰。因此，在城市或 了该公司的要求。 １８２ 山区勘察地下水，天然电场选频法具有更强的生命力。
