一种非传统瞬变电磁方法探测地下水的物探方法与流程

1.本发明涉及地下水探测技术领域，具体为一种非传统瞬变电磁方法探测地下水的物探方法。


背景技术：

2.目前地下水调查方法有钻探、抽水试验、物探等，相较于钻探、抽水试验等方法，地球物理探测技术具有经济、无损、快速且覆盖率大的优点，主要是基于地下空间充水或相对充水后与周围介质的物性差异，进而研究地球物理场变化推断地下空间结构，主要以电法类勘探为主，包括高密度电法、瞬变电磁法、音频大地电磁法、激发极化法、联合剖面法等。瞬变电磁法、高密度电法、探地雷达等主要解决浅部异常体分布，可控源音频大地电磁、音频大地电磁法主要用于揭示断裂构造发育，联合剖面法、充电法主要用于查明陡立含水构造、裂隙及高阻陡状地质体平面位置，以上方法均为间接找水方法；核磁共振法可直接探测地下水是否存在，为直接找水法。
3.实际探测过程中，每种方法适用条件存在差异：高密度电法、联合剖面法、核磁共振法受地形影响较大，探测深度相对较浅；音频大地电磁、核磁共振抗电磁干扰能力较弱，单方法应用具有局限性。实际探测过程中，也常采用多种方法联合来相互验证减少多解性，但在勘探面积较大且勘探目标范围不明的工作区，会增大探测成本，且增加探测周期。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种非传统瞬变电磁方法探测地下水的物探方法，解决了现有地下水探测方法局限性大、周期长、成本高的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非传统瞬变电磁方法探测地下水的物探方法，包括以下操作步骤：
8.s1：充分分析区域水文地质特征，包括区内地下水补给、径流及排泄条件等，结合钻探、基础地质资料，确定地下水出入口wa与wb、水流方向dw；
9.s2：以地下水为良导体，根据电磁感应定理，当向地下水系统供入交流电场时，产生一次磁场，电流突然断开时被激励起感应涡流场并产生在介质中传播的随时间、空间变化的二次场，通电岩溶管道形成电磁场源；
10.s3：垂直于地下水水流方向dw布设测量剖面p1、p2、p3、p4...pi...,每条剖面pi按相同间距布设测点p
i1
、p
i2
、p
i3
、p
i4
...p
ij
...；
11.s4：观测设备包括瞬变电磁仪系统、发射系统；
12.s5：在供电设备向地下水系统供入交流电之前，沿布设的测点利用瞬变电磁仪系统开展测量工作，获得各测点随时间变化的单场源感应电压数据ss
ij
；
13.s6：将发射系统中的电极a、b分别布设于地下水出入口wa与wb，发射系统通过供电
设备向地下水供入交流电，与瞬变电磁系统同步工作，同时沿布设的测点利用瞬变电磁仪系统开展测量工作，获得供电后各测点附加场源感应电压数据sd
ij
，即发射的不同电场源经由地下介质产生的随时间变化的感应电压数据；
14.s7：对每条剖面pi的各测点附加场源感应电压数据sd
ij
进行归一化处理(除以对应剖面的单场源感应电压数据ss
ij
的平均值)得到归一化附加场源感应电压数据sdn
ij
；利用归一化附加场源感应电压数据sdn
ij
与单场源感应电压数据ss
ij
之差获得每条剖面pi的感应电压异常；通常情况在隐伏岩溶管道存在的条件下，向地下水系统供交流电过程中测量的感应电压异常值变化较大，则隐伏岩溶管道影响范围的测点感应电压异常剖面曲线表现为变化较为剧烈的特征，基于此特征圈定剖面感应电压异常；
15.s8：对每条剖面pi的单场源感应电压数据ss
ij
开展反演分别获取所有剖面的单场源视电阻率值ρssi；利用成图软件surfer对每条剖面pi的单场源视电阻率值ρssi进行插值形成视电阻率断面异常图；岩溶管道含水相对于围岩表现为低电阻率特征，岩溶管道充水发育带在视电阻率断面图上表现为低电阻率等值线密集带或低值圈闭带，基于上述特征，圈定低电阻率等值线密集带或低值圈闭带；
16.s9：结合工作区水文地质特征，对比每条剖面pi的圈定的剖面感应电压异常、低电阻率等值线密集带或低值圈闭带特征及分布，对比分析获得每条剖面的岩溶管道分布、岩溶管道埋深，最后将所有剖面的岩溶管道位置相连，则推断出地下岩溶管道的平面位置及走向。
17.优选的，其中wa为岩溶管道的上游点，wb为岩溶管道的下游点。
18.优选的，其中瞬变电磁仪系统在不接地回线输入阶跃电流从而产生一次脉冲磁场，在断电时利用线圈测量地下地质体产生的随时间变化的二次场(感应电压数据)。
19.优选的，其中发射系统包括供电设备、电极与地下岩溶水径流，供电设备提供脉冲供电方式，供电电流在1200a左右，供电脉冲宽为4ms。
20.(三)有益效果
21.本发明提供了一种非传统瞬变电磁方法探测地下水的物探方法。具备以下有益效果：
22.1.该非传统瞬变电磁方法探测地下水的物探方法，利用电磁感应原理与地下水良导体的性质，向地下水系统供入交流电从而形成随时间、空间变化的二次场异常，该二次场异常具有幅值较高且变化剧烈的特点，与电磁干扰信号特征具有相似性，因此与瞬变电磁仪系统测量异常差异性较大，易于识别由地下岩溶管道引起的异常，减少多解性。
23.2.该瞬变电磁法受地形影响较小，不受高阻层屏蔽且对低阻层灵敏，点距20～40米每天可以完成50～80个测点，操作简单采集快速，在此基础上改进的非传统瞬变电磁法继承其优点，相比传统方法或多方法组合，控制了探测成本和周期的增加，同时能够快速查明岩溶管道分布及埋深，圈定地下水平面分布及埋深，提高探测效率与准确性。
附图说明
24.图1为本发明探测过程示意图；
25.图2为本发明操作流程图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.如图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种非传统瞬变电磁方法探测地下水的物探方法，包括以下操作步骤：
28.s1：充分分析区域水文地质特征，包括区内地下水补给、径流及排泄条件等，结合钻探、基础地质资料，确定地下水出入口wa与wb、水流方向d
w，
其中wa为岩溶管道的上游点，wb为岩溶管道的下游点；
29.s2：以地下水为良导体，根据电磁感应定理，当向地下水系统供入交流电场时，产生一次磁场，电流突然断开时被激励起感应涡流场并产生在介质中传播的随时间、空间变化的二次场，通电岩溶管道形成电磁场源；
30.s3：垂直于地下水水流方向dw布设测量剖面p1、p2、p3、p4...pi...,每条剖面pi按相同间距布设测点p
i1
、p
i2
、p
i3
、p
i4
...p
ij
...；
31.s4：观测设备包括瞬变电磁仪系统、发射系统，其中瞬变电磁仪系统在不接地回线输入阶跃电流从而产生一次脉冲磁场，在断电时利用线圈测量地下地质体产生的随时间变化的二次场(感应电压数据)，其中发射系统包括供电设备、电极与地下岩溶水径流，供电设备提供脉冲供电方式，供电电流在1200a左右，供电脉冲宽为4ms；
32.s5：在供电设备向地下水系统供入交流电之前，沿布设的测点利用瞬变电磁仪系统开展测量工作，获得各测点随时间变化的单场源感应电压数据ss
ij
；
33.s6：将发射系统中的电极a、b分别布设于地下水出入口wa与wb，发射系统通过供电设备向地下水供入交流电，与瞬变电磁系统同步工作，同时沿布设的测点利用瞬变电磁仪系统开展测量工作，获得供电后各测点附加场源感应电压数据sd
ij
，即发射的不同电场源经由地下介质产生的随时间变化的感应电压数据；
34.s7：对每条剖面pi的各测点附加场源感应电压数据sd
ij
进行归一化处理(除以对应剖面的单场源感应电压数据ss
ij
的平均值)得到归一化附加场源感应电压数据sdn
ij
；利用归一化附加场源感应电压数据sdn
ij
与单场源感应电压数据ss
ij
之差获得每条剖面pi的感应电压异常；通常情况在隐伏岩溶管道存在的条件下，向地下水系统供交流电过程中测量的感应电压异常值变化较大，则隐伏岩溶管道影响范围的测点感应电压异常剖面曲线表现为变化较为剧烈的特征，基于此特征圈定剖面感应电压异常；
35.s8：对每条剖面pi的单场源感应电压数据ss
ij
开展反演分别获取所有剖面的单场源视电阻率值ρssi；利用成图软件surfer对每条剖面pi的单场源视电阻率值ρssi进行插值形成视电阻率断面异常图；岩溶管道含水相对于围岩表现为低电阻率特征，岩溶管道充水发育带在视电阻率断面图上表现为低电阻率等值线密集带或低值圈闭带，基于上述特征，圈定低电阻率等值线密集带或低值圈闭带；
36.s9：结合工作区水文地质特征，对比每条剖面pi的圈定的剖面感应电压异常、低电阻率等值线密集带或低值圈闭带特征及分布，对比分析获得每条剖面的岩溶管道分布、岩溶管道埋深，最后将所有剖面的岩溶管道位置相连，则推断出地下岩溶管道的平面位置及
走向。
37.同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
38.综上所述，该非传统瞬变电磁方法探测地下水的物探方法，利用电磁感应原理与地下水良导体的性质，向地下水系统供入交流电从而形成随时间、空间变化的二次场异常，该二次场异常具有幅值较高且变化剧烈的特点，与电磁干扰信号特征具有相似性，因此与瞬变电磁仪系统测量异常差异性较大，易于识别由地下岩溶管道引起的异常，减少多解性。
39.需要说明的是，该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220v市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备，其控制原理、内部结构以及控制开关方式等均为现有技术的常规手段，此处直接引用，不做赘述，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
40.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。