說長道短議天電之普奇自動成圖找水儀讀圖經驗十

2020-11-25 普奇研究院地質勘探

金無足赤人無完人,寸有所長尺有所短,這些充斥著一分為二辯證法的觀點同樣適用於對物探方法的評價。自動成圖找水儀問世以來使用天電法找水的人越來越多,它裝備簡單,操作方便,易學易用,深受物探和鑽井工作者的歡迎,相比其他物探方法,天電法更有發展前途,可以說是一種顛覆性的物探找水方法。但任何方法都不會十全十美,為了提高成井率更要知其長短,揚長避短,才能做到去粗取精,去偽存真,百戰百勝。

1. 天電法與各種電阻率法相比,它最大的長處,一是設定好的電極距較小且是固定不變的,不需要電線越放越遠,極距越來越大,這就從根本上解決了電測深法在極距越放越大的過程中在橫向上地表地質條件的變化造成的大量出現的假象;二是它的探測深度是由電磁波的頻率決定的,其探測深度是等距離的,從根本上解決了電阻率法測的越深精度越差的問題;三是天電法測出的數據是電磁波垂直地面入射到某一深度後從地質界面反射上來的電磁信號取出的電分量,它的每一個測點就如同是做了一個井下電法測井。電測井是將電極系放入井下,一個深度一個深度測上來取其數據繪製成的圖,電法測井與天電法測深的道理是相同的,它不需要像地質分析法找水那樣還要根據地表出露的巖層或斷層的傾向傾角計算出需要離開多少米定井位。巖層大多是傾斜的,天電法測出的某個深度的含水部位可能是相距十幾米或幾十米之外的一層裂隙發育的巖石或斷層斜插過來的,不需要再從地質角度分析它是從左邊還是右邊插到這裡的,這就為不是深諳地質的人員創造了更好的條件。

2. 然而天電法也有其短。欲知其短需要先了解天然電磁波的來源。根據教科書介紹,天然電磁波的來源十分廣泛,既包括天然產生的,也包括人為產生的。天然產生的有地球的地磁脈動、太陽黑子活動、地震、雷電,甚至大風也能產生低頻電磁波。這些原因產生的電磁波強度都不是穩定的,是瞬間變化的,只不過有時相對穩定,有時變化劇烈而已,當其相對穩定時用儀器兩次測出來的圖一致性很好,甚至連細節都一致。當其變化劇烈時就會測一次一個樣。人工產生的電磁波包括各種無線電廣播、通訊、雷達、軍事用途的電磁幹擾機、導航臺、大功率引擎、交變電場產生的交變電磁場等等。這些場源的任何變化都會使天電數值發生變化。有人說,我們這裡看不見幹擾源啊!這麼多電磁場的場源誰都能看見? 3. 電磁波的頻率從高到低可分為特高頻、甚高頻、高頻、中頻、低頻、甚低頻、特低頻、超低頻、極低頻,天電找水儀使用的頻率以普奇300型為例,其最小值到最大值為10~6000赫茲,都在甚低頻以下的頻率範圍,頻率再高的電磁波難以向地下傳播,所以不會對天電法造成幹擾。天電找水儀雖然只是人為選取了一部分頻率,但由於電磁波的頻率是大小連續的,其間並無間隔,所以與儀器所選的這些頻率十分接近的其他頻率就會或多或少地進入儀器,造成幹擾。 4. 造成幹擾的電磁波尤其需要重視的,一是工頻電磁波。各種輸電線路、變電站、變壓器都會形成或強或弱的交頻電場,產生交頻電磁波,其頻率為50赫茲(也叫工頻),恰好在儀器的選頻範圍之內,電壓越高,電流越大,距離越近對儀器的幹擾越大,天電儀很難將其完全濾掉。工頻幹擾容易發現,測量時能停電的儘量停電,不能停電的要儘量離它遠一點且平行電線測量; 二是深潛通訊用的超低頻電磁波。頻率為30~300赫茲(美國使用76赫茲,俄國使用82赫茲),深潛通訊用的電磁波穿透力強,傳播距離遠,發射功率大,對我國沿海地區天電測量會產生很大的幹擾。在沿海地區測出的天電圖經常會發現有莫名其妙的強幹擾,我們懷疑是與這種用途的電磁波有關。 5. 造成幹擾的第二個重要原因是工業遊散電流,凡是有三相電機接地的,三個相位不可能完全平衡,就會有剩餘電流通入地下,形成大地遊散電流,遊散電流的特點,一是忽大忽小,極不穩定;二是入地電流越大影響越遠;三是地下巖石的電阻率越小影響越遠。在用電較多的村莊和廠區可以影響幾百米,在電氣化鐵路兩側可以各影響幾公裡,測出的剖面圖就會測一遍一個樣。遊散電流往往會使多個頻率和多個測點出現高值異常。此外,在用藍牙無線傳輸設備的近處,在物探使用人工電場法向地下供電的電場範圍內,在混有金屬物質的回填土或土壤中產生的氧化還原電位都是可能存在的幹擾源。 6. 由趨膚效應形成的高值下傳和低值下傳,它雖然不屬於幹擾現象,但很容易造成誤判。如果只有1~2個測點呈現高值,上頂天下觸地,兩側則是一片藍,如同插在水中的一根紅蠟燭,這樣的圖形很少不是高值下傳的產物。如果只有1~2個測點呈現低值,直插圖底,兩側是高值,如同一條藍柱子,這樣的圖形大多是低值下傳的結果,但很難判斷是否可取。藍柱子有的是表層的泥層阻擋電磁波下傳形成的,這種成因不可定井。有的則是斷層中的物質,如斷層泥、斷層裂隙中充填的泥質或斷層淺部的強風化等形成的低值阻擋電磁波下傳形成的,若是這種成因這就是一個好點。對於這樣的圖形要慎重分析,切不可見藍柱則喜。真實的高低值下傳形成的紅柱藍柱複測時一致性好。插頭沒插到底,電極和導線連接不好,某個測點接地不良等也會出現藍柱子,但複測不一致,這是它和真實的高低值下傳形成的紅柱藍柱的重要區別,這樣的原因一經過複測就知道了。 7. 趨膚效應造成的低值下傳現象除去水平成層的剖面圖不存在之外,在絕大多數圖形中都有它的身影,是讀圖中最大的難點之一,往往容易忽視。在較易成井的地層中即使對它有所忽視而誤判照樣可以有水,只是水量大小而已,但在不易成井的地區誤判了就會打幹眼,甚至會失去對儀器的信心。 低值下傳現象除去少數情況能造成藍柱子之外,還可概括有其他三種類型: 一是楔形下傳型。在曲線圖上為V字形,在剖面圖上呈楔形,上寬下窄,頂部的藍色越向下藍色濃度越淺,這種低值楔子可以下插得很深,頂部藍色區域是下傳的源頭,容易有水,但再向下一兩個色區之後下傳得很深的低值區,若再無新的低值往往就沒有水了;二是頂部藍色突變下傳型。剖面圖頂部一部分測點沒有藍區或較薄,一部分測點藍區較厚,其交界處是突變的,藍色較厚的一側低值下傳的結果使其所對應的深層的數值會變小,顏色變藍,在它與沒有低值下傳一側的邊界上,等值線基本直立。這樣的直立邊界只要能排除幹擾,是斷層成因的可能性較大,但也不排除巖石突變的可能,是一個多解問題; 三是頂部藍色漸變下傳型。其頂部的藍色也是一邊厚一邊薄,但其變化不是突變而是漸變的,受其下傳影響,與其相對應的深部的各電性層的顏色也是一邊深一邊淺,並且也是漸變的,淺部藍色較濃的一側的深層的顏色同樣也是偏藍色。這樣的圖形不排除兩邊的巖性不一致,但在一二十米之內巖性有如此大的變化是難以從地質成因的角度來解釋的,也很難用鑽探來證實。這樣的圖形如無等值線形態的變化做支持,不應視為異常。 8. 幹擾現象隨時隨地都可能出現,只不過有的嚴重有的輕微罷了,同一條線測兩次連細節都完全一致的少之又少,若不複測僅憑主觀判斷是否有幹擾是很不可靠的。有以下幾類圖形複測不一致的概率很高: 一是垂直分帶型的,尤其是有多個紅色和藍色豎向條帶相間排列,等值線直立的圖形,大多都是幹擾造成的,少數是下傳造成的,不能理解為豎向條紋就是構造;二是雜亂無序型的。它在剖面圖上等值線毫無規律,在曲線圖上每條線都是忽高忽低; 三是在原始剖面圖上各等值色區都十分接近的圖形。這樣的圖總體上看全圖的顏色層次感不強,等值線無規律,複測時數值少微有變化,圖的等值線就會不一樣; 四是帶黑邊的小菱形星羅棋布的圖。這些小菱形大多是幹擾點,複測時有的消失有的位移; 五是同一個測點上部與下部不銜接,中間有一個帶黑邊的小菱形隔斷的圖,這種情況不是上部就是下部是幹擾造成的; 六是水中瑪瑙型的,圖的周邊或一邊兩邊是深藍色,中間有一大塊高值團塊。這種情況有的打高邊成功了,但出水部位並不在高邊,而是在上部的藍色區域,只是一種巧合而已。

9. 上面既講了天電法特有的長處,也分析了它諸多的短處,要做到取長補短、揚長避短最有效的方法就是重複測量。經過複測,如果所選的異常點兩次測的結果完全一致,說明沒有幹擾,可以進一步去分析是否有下傳現象,是否有多解問題,深度是否合適等等。如果兩次測的結果有的異常一致,有的不一致,就要去偽存真,留同除異。如果兩次測的結果完全不一致,可以再測一遍,選取3次測的結果中有兩次一致的異常點,因為幹擾都是隨機發生的,很難有三分之二的概率重複出現。如果3次測的結果面貌全非這條測線就可放棄。在打井很難有水的地方,真異常很少,而幹擾造成的假異常不會減少,往往正不壓邪,更容易測一遍一個樣,必須多測,反覆測,不能怕麻煩。

10. 對真假異常去偽存真需要對原測和複測圖反覆地仔細地進行比對。如果異常是的低值圈,要比對兩次的圖是否都有,是否同行同列。如果異常是個高值邊,要比對是否同列,比對是否是同一個高值的同一邊。如果異常是縱向的低谷或高峰,就要比對他們是否是出現在同一列等等。如果在一條測線上測點數不是特別多,為便於比對,也可以將原測和複測圖放在同一條測線號上,中間用一個空測點隔開即可,不會影響其他測點等值線的走向。

目前應用度較廣的打井找水方法是電法勘探。

電探方法又分為人工電場法及自(天)然電場法。人工電場又包括直流供電、激電、可控源等專業方法,這些方法多用於各類大的地質普查項目,涉及上千條測線和測點,但使用時頗有不便,尤其是搬運供電裝置,往往需要大量人工。天然電場法經過數十年

普奇研究院高級顧問 楊佃俊

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