天然电场选频测深法在地下水勘探中的异常理论分析与实践应用

选频法是音频大地电场法的进一步应用与发展。本文通过实践应用说明选频法在浅层地下水勘探中的有效性,并对选频法测深极距(MN)与地下水埋深之间的关系开展对比分析和初步理论研究。首先,采用水平交变电场、交变磁场共同作用下的均匀半空间中低阻导电球体简化地质地球物理模型,对选频法测深曲线开展正演计算;然后,对选频法在广西“十二五”农村饮水安全工程应用中的131口钻井出水量情况进行统计,并对其中98口钻井的钻探情况开展详细列表统计分析,对比研究测深曲线异常处MN极距大小与实际钻探出水深度之间的关系。理论分析与实践应用表明,选频法在浅层地下水勘探中效果明显,是一种确定浅层地下水井位的有效方法;同时,实践统计结果表明,选频法测深法异常曲线处MN极距的大小与实际钻探出水深度之间存在1∶1的近似关系,验证了理论模拟计算结果的正确性;另外,本文的研究成果表明,在浅层(<200 m)天然电磁法勘探中,天然电场观测值的大小除了与大地的电阻率、信号的频率有关外,还与电极距大小是相关的。     

天然电场选频法的浅层地下水勘探效果与异常分析

通过实践应用、理论推导和模拟计算,说明天然电场选频法在浅层地下水勘探中的有效性,并分析其异常形成过程中起主要作用的天然一次场场源分量。将选频法应用于广西农村找水打井项目中,依据其勘探成果共钻井131口,出水量大于1 m3/h的井共114口,约占钻井总量的87%。实践表明选频法在浅层地下水勘探中是实用可行的。在实践应用和以往研究成果的基础上,设计均匀半空间内球形充水岩溶的简单模型,以便解析求解并计算分析地表主剖面上二次电场的大小;计算结果表明,水平交变磁场产生的二次电场是一个相对高电位异常,而水平交变电场才产生相对低电位异常,由此推断天然电场选频法在地下水勘探中异常的形成主要是由于地下天然交变电场分量作用的结果。     

物探方法在地下热水勘探中的应用

缺水地区需要寻找地下水,旅游开发有时需要寻找温泉,地球物理勘探也因此在这些方面发挥了重要的作用。通过阐述天然电场选频法在某地温泉勘探中的应用效果和异常成因的理论分析,结合作者多年的实践应用可知,地下含水构造体在地表会引起选频法明显的相对低电位异常和指针摆动信息,将该方法应用于湖南浏阳某地的温泉勘查中,当其它物探方法受场地环境限制的情况下,选频法在含水破碎带上方获得了明显的异常,钻孔验证结果也证明了天然电场选频法的有效性。在实践应用的基础上,作者进一步从麦克斯韦方程组出发,通过对均匀谐变电磁场中低阻水平圆柱体的感应场进行理论推导和模拟计算,说明天然电场选频法的异常成因主要是由二次感应电场所致。     

天然电场选频法的响应特性分析与应用

静态效应是频率域电磁法应用中不可避免的一种物理现象,通常通过校正方法进行压制或消除。本文提出一种直接利用天然电磁法的静态效应进行浅部电性异常体勘探的新思路,利用天然电场选频法(FSM)能够测量天然交变电磁场在地表所产生的几个不同频率的水平电场分量来研究地下介质的电性变化。首先采用二维有限单元法对FSM开展正演模拟,模拟结果表明：当近地表存在低阻异常体时,地表沿测线方向的水平电场分量曲线与FSM实测曲线形态相同,在低阻体的上方出现十分明显的低电位异常;当计算的频率点增多时,电场分量剖面曲线及其拟断面图会出现静态偏移现象,发现FSM异常实质上主要是静态效应所致。FSM实践应用成果及钻井验证结果表明,当有地下水存在时,FSM实测的剖面曲线及拟断面图会出现明显的静态效应现象,且与CSAMT的勘探成果一致。通过理论与实践可知,直接利用天然电磁场的电场分量开展浅部电性异常体的勘探具有可行性,今后也可利用频率域电磁法的静态效应现象开展浅层地质勘探。     

湘东地区红层盆地找水物探方法有效性试验研究

湘东地区红层盆地地下水勘探一直是一个难题,这里主要探讨采用综合地球物理方法研究该地区找水的有效性。结合工程实践,首先采用激电中梯扫面划分区内次级构造,确定低阻含水构造的水平位置;其次采用直流充电法电位梯度测量分析已知井部位地下水的连通性;最后利用激电联合剖面法和激电对称四极测深确定低阻带的垂向展布形态。同时,进一步开展高密度电法研究布设孔位和反演视电阻率异常之间的关系,最终确定钻探井位。后期的钻探结果表明,激电中梯扫面异常比较直观,地表水平定位方面比较精确,激电测深视电阻率二维反演结果能够有效反映低阻带垂向展布形态,两种方法相结合对湘东地区红层盆地地下水进行综合勘探是一种行之有效的方法。     

天然电场选频法在充水岩溶勘查中的试验与分析

探讨了天然电场选频法在岩溶水灾害勘查中的地质效果和异常成因。在四川古叙煤田观文煤矿选定4处试验点,共敷设选频法测线11条,通过对各测线上采集结果的处理和分析,结合现场地形地质条件,推测各点地下充水溶洞的分布情况。根据选频法的解释结果与矿山前期地勘成果及后期运输巷道实际开挖情况的对比来看,该方法的解释结果是准确的,可在今后进一步将该方法应用于地下水灾害勘查,以便为矿山排水巷道、排水措施设计和地下水的安全防治提供科学依据。在实践应用的基础上,进一步从麦克斯韦方程组出发,对均匀谐变电磁场中低阻水平圆柱体的感应场进行理论推导和模拟计算,通过感应二次电场水平分量的模拟计算结果与实测曲线的对比,说明天然电场选频法的异常成因主要是由二次感应电场所致。      

岩溶体的天然电场选频法异常成因研究

在实地探测的基础上,主要是从理论模型的角度研究天然电场选频法异常的形成原因.首先在已知的充水岩溶上开展实地探测工作,获取实测异常曲线;从麦克斯韦方程组和边界条件出发,求取均匀垂直谐变一次磁场中良导球体和圆柱体内、外磁场矢量位,推导出球外和圆柱体外感应二次电场的解析计算式;对理论模型的各个参数进行假定,计算获得地表主剖面上良导球体和圆柱体的感应二次电场异常曲线.通过实测曲线与理论模型上的模拟计算结果对比分析可知,二者曲线形态相似、特征相同,由此推知天然电场选频法在含水低阻体上方测得异常的起因之一可能是由天然感应二次电场所致.     

北京杰科创业科技有限公司

<正>JK系列天然电场选频仪简单·轻便·用人少·快捷·有效本公司韩荣波副教授于上世纪八十年代初在国内提出并研究成功天然电场选频法,经过四十多年的野外工作实践,总结出一套天然电场选频法找水找矿的勘探模式,可快速解决地下水(矿)的位置、埋深等问题。本公司根据天然电场选频法原理自主研发的JK系列天然电场选频仪,广泛适用于城市、山区、丘陵、平原等地区,寻找各种类型的地下水及各种类型的矿床(特别是石英脉型     

综合电法在红层地区地下水勘探中的应用

在胶莱盆地,其红层所属地层岩性为粉砂岩、泥岩,含、透水性较差,查找低阻断裂构造是其地下水勘探的唯一途径。而红层地区的压扭性断层,会因挤压密实的断层泥存在,导致单纯利用低电阻率参数判定地下水的赋存位置出现差错。根据该区地下水的自然电位异常值约为-100mV、含水破碎砂岩极化率大于2％、衰减度D大于50％的特点,提出了自然电位观测法与激发极化电测深法相结合的组合方法。即利用自然电场法进行剖面测量,判定含水异常位置,然后利用激发极化电测深法准确判定地下水所在层位及埋深。在胶州市某镇政府水源勘探中,利用该组合方法,成功的圈定了3个井位,并在预定的深度内打出了单井出水量为1000t／d的优质井。     

多种物探方法在湘潭城区活断层勘探中的应用

杨梅洲木鱼湖断裂位于湘潭城区,要查明其位置和性质,地球物理勘探干扰因素多,施工条件不好。调查中分别采用天然电场选频法、高密度电阻率法和地质雷达等方法进行勘探,并通过开挖等方式进行验证,3种物探方法各有特点:天然电场选频法仪器轻便、勘探线布置灵活,干扰因素较少,工作效率高,特别是利用其动态信息确定断层平面位置准确;高密度电阻率法勘探结果比较直观,特别是对断层性质的确定形象,但勘探布极的工作量较大,受地形等因素影响较大,在城区很多地方无法正常开展工作;地质雷达勘探成果形象直观,但设备成本高,勘探受地形等因素影响大,勘探深度有限,一般对表层效果较好。     

地面-坑道激电测深方法在山东玲珑断裂带深部找矿中的应用

在山东玲珑断裂带深部找矿中,考虑断裂带处在地电干扰和地形变化复杂地段,且深部地质体产状变化较大,仅依据半空间地面物探方法很难摸清地质体的展布形态,盲目布设钻孔会造成找矿成本的提高。为精确反演深部矿体的边界范围、走向及倾向,提高钻孔见矿率,降低找矿成本,在山东玲珑断裂带地面、坑道采用立体物探技术,试验通过布设多条方位不同的地-坑、坑-坑和地-地纵横激电中梯剖面和双向三极测深剖面,进行了二维电法剖面反演。在地面-坑道激电测深方法中,地面-坑道供电,坑道测量探测深度与坑道深度呈正相关,反映了深部巷道底板以下电阻率和极化率的分布状况,可以实现深地探测目的。由于地面-坑道供电,坑道测量装置处在半空间和全空间两个部分,需要采用"镜像法"和地下倾斜偶极源电流场特征对其装置系数k值重新推导,以反映坑道空间岩矿体真实电阻率的变化。坑道中梯剖面异常与单向三极剖面异常、双向三极电测深反演结果对应较好。经钻探验证,矿体分布与物探推断高极化体基本一致,为快速准确布设深部钻孔提供资料。     

水平多层介质上水平电偶源频率电磁测深的阻抗实部等效电阻率

本文讨论了水平电偶源频率电磁测深中阻抗实部等效电阻率的具体定义和算法。用该方法计算的等效电阻率是电磁响应的单值函数,并极大地改善了视电阻率随频率变化的关系曲线,能直观地反映出地电断面随深度的客观变化,数值较接近地层真电阻率,且接近速度很快,假极值效应明显压低。数值计算和实际应用表明该方法是灵活、可行的,可很好地消除频率电磁测深中波区视电阻率曲线在非波区的畸变效应。     

自然电场法与高密度电法联作在西江中下游岩溶区找水中的应用

基于溶洼区浅层岩溶地下水的渗流特性,研究富水岩溶地质结构在地下水渗流作用下引起的自然极化及由此形成的自然电场的分布特征,通过自然电场法与高密度电法联作,利用科研和中国地质调查局地质调查项目中探采结合井位的综合物探结果,探讨以自然电场法为主导、辅以高密度电法等综合物探方法,在西江中下游岩溶石山地区不同水文地质环境中寻找岩溶地下水的成功应用效果与失败的经验教训。研究结果表明,感应类电法（如瞬变电磁法、音频大地电磁测深法、地面核磁共振法、激发极化法、声频大地电场法、甚低频电磁法等）受电网、通信网络等人为电磁场干扰较严重;高密度电法抗人为电磁场干扰的能力较强,信噪比较高,但勘探深度相对较浅,且易受炭泥质灰岩、岩溶矿产等良导电岩矿体的干扰。自然电场法利用岩溶地下水运移引起的富水岩溶地质结构自然极化特征,自然电场异常与动态地下水的补给与运移状态关系较密切,自然电场法与基于探测目的体导电特性的高密度电法联作寻找溶洼区浅层地下水可起到方法互补、相互印证、提高探测分辨率与精度的作用。      

Groundwater resources evaluation in calcareous limestone using geoelectrical and VLF-EM surveys (El Salloum Basin,Egypt)

Understanding and developing groundwater resources in arid regions such as El Salloum basin, along the northwestern coast of Egypt, remains a challenging issue. One-dimensional (1D) electrical sounding (ES), two-dimensional (2D) electrical resistivity imaging (ERI), and very low frequency electromagnetic (VLF-EM) measurements were used to investigate the hydrogeological framework of El Salloum basin with the aim of determining the potential for extraction of potable water. 1D resistivity sounding models were used to delineate geoelectric sections and water-bearing layers. 2D ERI highlighted decreases in resistivity with depth, attributed to clay-rich limestone combined with seawater intrusion towards the coast. A depth of investigation (DOI) index was used to constrain the information content of the images at depths up to 100 m. The VLF-EM survey identified likely faults/fractured zones across the study area. A combined analysis of the datasets of the 1D ES, 2D ERI, and VLF-EM methods identified potential zones of groundwater, the extent of seawater intrusion, and major hydrogeological structures (fracture zones) in El Salloum basin. The equivalent geologic layers suggest that the main aquifer in the basin is the fractured chalky limestone middle Miocene) south of the coastal plain of the study area. Sites likely to provide significant volumes of potable water were identified based on relatively high resistivity and thickness of laterally extensive layers. The most promising locations for drilling productive wells are in the south and southeastern parts of the region, where the potential for potable groundwater increases substantially.

     

Error in depth determination from resistivity soundings due to non-identification of suppressed layers

The magnitude of errors in the determination of depth to bedrock from Wenner and Schlumberger resistivity sounding curves, caused by the non-identification of a suppressed layer, has been investigated. The principal objective is to evaluate how the layer thicknesses and resistivities affect the accuracy of depth estimates. In the computations, the intermediate layer in a 3-layer model, in which the resistivity increases with depth, is removed and the 2-layer sounding curve that is electrically equivalent to the 3-layer curve is generated. The results indicate that there is a possibility for large depth underestimations when the resistivity contrast between layers 1 and 2 is very large. This is manifested in a steeply rising terminal branch on the sounding curve. There is a slight decrease in the depth underestimation as the resistivity contrast between layers 2 and 3 increases. Conversely, if the intermediate layer is fairly thick and the resistivity contrasts are not too large, the best-fit 2-layer curve shows large deviations from the 3-layer curve. In such cases, the intermediate layer can be identified, resulting in reliable depth estimates. A field example from Nigeria is presented in which the sounding data has been interpreted so as to account for a prebasement layer of intermediate resistivity, indicative of a fractured granite.     

双频激电法在浙江省苦麻岭地区找矿勘查中的应用

浙江省常山县苦麻岭地区位于钱塘台褶皱带华埠-新登陷褶带上,具备了与成矿密切相关的条件,但地形起伏大、构造复杂、植被发育茂盛等因素严重制约着探矿效果。为此采用双频激电法,通过对称四极测深对该勘查区进行勘探。针对视电阻率测深曲线出现的跳跃、波动等异常形态,结合地层岩性、构造裂隙发育情况及视幅频率反映,对干扰因素进行排除,并依据视电阻率曲线拐点异常及增大趋势确定区内花岗岩岩体埋深及边界变化规律,指出该花岗岩顶部界面较平缓或下凹处,其围岩接触带为富集、成矿的有利部位。由视电阻率ρs和视幅频率Fs断面图推断,矿化异常等值线未封闭,异常中心位于测线以东,该结论对勘查区及类似地区扩大找矿规模具有一定指导意义。     

断层－充水溶洞上不同装置三维高密度电阻率法正演模拟响应特征分析

高阻碳酸盐岩中的低阻断层和充水溶洞是岩溶区地下水勘查的主要目标体。根据高阻中找低阻的原则,建立碳酸盐岩类裂隙溶洞水赋存模式的断层－溶洞地电模型,利用RES3D软件进行温纳、施伦贝格、偶极－偶极三种采集装置的正反演模拟计算,从三维反演结果、剖面、电测深曲线三个维度,对比分析不同装置下断层－溶洞目标体的地电响应特征和规律。结果显示:(1) 探测深度内,温纳、施伦贝格、偶极－偶极装置可有效识别断层及其上盘三倍于电极距规模的充水溶洞,无法分辨断层下盘二倍于电极距规模的充水溶洞;(2) 相同模型和观测条件下,偶极－偶极装置对目标体的识别能力最强,其三维反演结果可识别溶洞下边界,剖面中形成左凸低阻圈闭异常,不同测深点的曲线类型、拐点、极值点与模型设计最为贴近,且拐点对应岩性界面,极值点位于地质体的中心深度。该工作对野外观测方式的选取和地质解译有一定指导意义。      

关于频率电磁测深几个问题的探讨(二)——频率电磁测深探测深度的几个问题分析

分析了天然源频率电磁测深(MT/AMT)及人工源频率电磁测深(FEM/CSAMT)的探测深度及评估方法。人工源频率电磁测深在观测点侧面有发射源,分析其探测深度的有关问题比较复杂,除受地电断面和发射频率的影响外,收-发距(偏移距)的作用很大。考虑实际应用,在探测对象已定和仪器频率范围已知情况下,通过模拟计算研究了偏移距对探测深度的影响。将偏移距和频率、地电断面参数同时考虑,综合反映出场区对探测深度的影响,通过模拟计算出典型频率电磁测深曲线。曲线特征说明:近区场仅能做几何测深,只有满足远区或中区(过渡区)的条件才能实现频率电磁测深。人工源频率电磁测深探测深度的影响因素较天然源频率电磁测深多了偏移距的作用,其深度评估式应是经验的。所阐述的频率电磁测深的探测深度及评估方法是偏重理论的,并以此指导施工设计或作半定量解释;要更准确得出频率电磁测深的探测深度应通过正确的反演解释。