咸淡水共存区物探资料处置方法

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应用地球物理方法在广泛的咸水分布区确定淡水资源的存在特征，是西北地区地下水资源勘查工作的一项重要内容。目前，地层电阻率值是评价地下水矿化度唯一有效的地球物理参数¨J，因而，在咸淡水共存区开展地球物理勘查工作，高分辨的音频大地电磁法(AMT)是首选方法。在获取高质量AMT原始数据的基础上，如何提高纵向分辨率、去除噪声、静态等各种干扰，得到地层真实的电阻率值，为地下水矿化度评价工作做好铺垫，是地球物理资料处理所要解决的问题。国内许多学者对孔隙地下水矿化度评价进行了应用研究，但从笔者近几年来在西北地区工作的经验来看，用地层电阻率值，尤其是通过地面物探工作获得的地层电阻率值来评价地下水矿化度，并非简单的套用公式就可解决，不同地区、不同水文地质环境的差异会对计算结果产生很大的影响。实际工作中，矿化度评价数学模型建立是值得探讨和研究的问题。

1AMT资料处理技术

1．1增加频点数，提高AMT纵向分辨率

虽然常规的AMT法频点密度在对数等问隔的一个级次内的取样数设定为7～l0个被认为是合理的，但一些学者的研究表明，对于同一地电模型，AMT响应的原始曲线频点数多少虽未有明显差异，但其反演结果却存在明显差异j，增加频率点数确实能提高AMT反演的精度，进而提高纵向分辨率。目前，V8综合电法仪和EH-4电导率成像系统在我国地下水勘查工作中已被广泛使用。V8系统后续处理软件SSMT2000和MTeditor在将时序文件转换为阻抗文件处理的过程中能提取大量有效的频点数据。化希瑞等人的研究表明，可通过后续资料处理技术来恢复EH一4系统软件从功率谱文件向阻抗文件转换过程中丢失的频点数据，大大增加数据数量。

1．2去噪处理

资料的去噪处理方法主要针对场源噪声和地质噪声特点而选取，人文噪声和观测装置引入的噪声主要靠野外施工加以避免。对于由人文噪声引起的局部视电阻率畸变，可用阻抗相位恢复的方法进行校正。

1．2．1时序文件筛选

野外测量工作完成后，即进入原始资料的预处理阶段。在该阶段首先是对照野外原始记录检查各个测点的坐标及电极距的正确性；其次，重新回放每个测点的原始时序文件，并逐点、逐屏地对时序进行挑选，剔除那些存在明显干扰信号的时间序列段，以减少随机干扰信号对数据的影响；最后，利用采集软件重新处理筛选过的时序资料。这样，最大程度地保证了估计出的大地电磁响应的质量。

1．2．2人工圆滑去噪

人工圆滑去噪实际上是人机联作手工剔除飞点，并根据视电阻率、相位曲线的变化趋势对资料进行人工编辑。人工圆滑对处理天然场“死频带”区数据以及电磁干扰下的畸变数据效果很好，但需资料处理人员对实测资料和测区地质资料有着较多的了解；同时由于人工圆滑有着很大的随意性，编辑后的结果会因人而异，从而显得不够科学严密。

1．2．3相位资料校正畸变的视电阻率

理论研究和实测资料表明，AMT资料的相位数据的质量要优于视电阻率资料的质量。在二维地质背景下，电性主轴上阻抗相位不受电磁噪声影响。因而，我们可以利用相位资料恢复畸变视电阻率J。利用阻抗相位计算视电阻率的递推公式为：

1．2．4低通滤波去噪

在视电阻率断面上，高频信号表现为局部的振荡和异常，致使整个断面零乱、无规律可循。为突出全局(区域)信息，揭示全局变化趋势，可采用低通滤波法，截断高频成分，保留低频成分。图2为某地EH-4资料高斯低通滤波前后的对比，可以看出，低通滤波后的断面图视电阻率等值线更平滑，更好地揭示了从山前至盆地中心地层电性的变化。由相位推算的视电阻率可能会丢失一些细节，同时由相位计算视电阻率采用的是递推算法，会产误差累积效应。实际应用中，建议选择实测视电阻率畸变段两侧的正常频点的视电阻率数据作为计算的初始值，由相位计算出畸变段的视电阻率。图1为原始曲线与相位计算视电阻率曲线对比，可以看出，通过相位计算出的天然场“死频带”区的视电阻率数据与前后数据很好地衔接，Bostick反演结果也得到明显改善。

1．3静态校正

理论研究表明，静态干扰如使电阻率参数改变a倍的话，那么反演后的厚度参数将改变倍。因而，静态校正是AMT资料处理中的关键问题，如果校正不当，会使后续的反演解释得出错误的结果，静态校正的方法很多，但最实用的还是EMAP滤波法，EMAP处理中最重要的一点是圆滑系数的选择，如系数小，则不能很好地压制静态效应；如系数太大，则又使深部信息损失，降低深部的分辨率。实际处理中选择不同的圆滑系数进行对比，辅以相位资料对处理结果进行判断。

1．4反演

目前AMT数据反演主要为一维和二维反演。一维反演方法有Bostick、一维连续介质、一维0c—cam；二维反演方法有RRI、OCCAM、NLCG等。实际应用中，可采用不同反演方法和初始模型获得一组数据的多个反演结果，综合分析研究区物探成果，并结合已知的地质资料和钻孔资料，对反演结果进行取舍。实践证明，对于高频连续剖面工作模式下的AMT数据，可采用EMAP滤波后的一维Bostick反演结果作为最终成果；而对于取得的非连续的长剖面数据，二维反演结果较一维反演结果更精确。

2矿化度评价的数学模型建立

2．1矿化度评价数据模型构建方法探讨

利用地层电阻率值计算松散孔隙水的矿化度其原理和评价流程可参照文献[1]和文献[6]。此处仅对地下水矿化度与地层电阻率值问数学关系的构建予以初步探讨。文献[6]给出了矿化度评价公式C=[(1+△)•p／5．6P]，(1)At=to+tt‘h一18；其中，C为地下水矿公度；t为大地表层温度，即研究区地壳常温带温度，此值可在区域地质报告和地方气象资料中获得；t为地温梯度；h为数据点的深度；OL为温度常数(通常取值0．025Q•m／~C)；为矿化度常数，对不同成分和温度的溶液，等于其矿化度为1g／L时的电阻率对数值，对NaC1型水质可取值一0．95；P为地层电阻率值；P为孑L隙参数。在研究区工作程度低，未有充足的测井资料和钻孔资料可以借鉴的情况下，可借鉴式(1)，根据地层情况，选择适合的孔隙参数值，进行初步矿化度评价工作；矿化度评价结果与已知井水质信息进行对比，对评价公式给予适当修正，进而形成适合于全区的地下水矿化度评价数据模型。当研究区有多个钻孔资料可以利用时，可开展孔旁频率测深工作，对测深结果进行反演解释，依据解释的电性层与不同含水岩组，对地下水矿化度进行统计，利用非线性回归法建立地层电阻率与地下水矿化度相互关系模型。

2．2矿化度评价实例

2．2．1新疆疏勒县地下水矿化度评价

新疆疏勒县英尔力克乡位于盖孜河冲洪积平原下游，第四系沉积物以细砂为主，薄层亚黏土和黏土呈不连续分布，地下水具有上咸下淡的普遍特点。鉴于工作区缺少有效的钻孔资料，矿化度评价采用式(1)。依据工作区地层结构特征，孔隙参数P=(3一)／2，=0．42，工作区年平均气温为11℃，推算出地下水矿化度与地层电阻率问的数学关系为C=(0．825p／17．2)晒+0．2，(2)其中0．2为修正系数。图3为其中一条短剖面的EH-4勘查结果，图3a为经阻抗文件重构、去噪、静态校正处理后的EMAP拟二维反演结果，图3b是由式(2)计算得到的矿化度断面。钻孔位于剖面100m处，孔深300m，取水段位于240～300m深度，地下水矿化度为0．53g／L，地下水矿化度值与电法资料预测值相吻合。

2．2．2银川灵沙乡地下水矿化度评价

灵沙乡位于银川平原东北部，黄河西3km处，由于蒸发浓缩作用，该处潜水的矿化度普遍偏高(>5g／L)，而埋深15013''''1以深的第二承压水由于地下水径流滞缓，矿化度也高于宁夏回族自治区的饮用水标准，仅有埋深50～150m的第一承压水水质相对较好。在灵沙乡工作开展之前，在已知井旁展开了EH-4试验工作，矿化度评价分别采用式(1)和前人利用数学统计法建立的数学关系式C：(38．37／p)一0．27，(3)结果表明，式(3)计算的矿化度与已知孔资料更接近，而利用式(1)建立起的数学模型与实际相差较大。为便于管理，井位拟定在灵沙乡政府院内。因无法开展EH_4工作，于是沿地下水径流方向，在距乡政府东西各1km处进行地下水勘查的物探工作，并分别进行了矿化度评价，两者算术平均作为拟定井位处的矿化度结果(图4)。依据估算矿化度结果，建议钻孔取水深度控制在50～100ITI范围内，考虑到出水量，最后取水段选在50～1501TI范围，矿化度为2．9g／L，符合宁夏回族自治区饮用水标准。

3结语

在西北干旱的咸淡水共存区开展地下水勘查的地球物理工作，资料处理非常重要，依据工区环境和地质、水文地质条件，选择合理的处理方法和资料处理流程。不同物探手段和不同反演方法都会造成获得地层电阻率值的差异性，在同一工区利用同一矿化度评价数学模型要注意工作方法和反演方法的一致性，如若不同，则需通过试验对模型进行适当的修正。建立矿化度评价数学模型的途径有多种，要根据实际情况进行甄别。