Dectecting depth of frequency domain airborne electromagnetic method for water resource investigation and its applications
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摘要: 为了了解频率域航空电磁法在水资源勘查中的应用条件和勘查效果，以层状介质模型为基础，计算了多种水文地电模型、多种电磁系统装置的频率域航空电磁响应。通过分析吊舱式直升机频率域航空电磁系统、固定翼频率域航空电磁系统在不同水文地电模型的电磁响应特征和衰减规律，分析了这2套系统在不同水文地电模型条件下的探测深度，即在盐渍化地区，频率域航空电磁系统最大勘探深度为60 m，在非盐渍化地区最大勘探深度为130 m。在综合分析频率域航空电磁法在水资源勘查应用前景的的基础上，通过国内外应用实例表明，频率域航空电磁法在中国东部沿海地区，以及内陆干旱地区寻找浅层淡水是有效的。该项成果对今后利用频率域航空电磁法进行水资源调查具有重要意义。Abstract: In order to know the application condition and its exploration effects of frequency domain airborne electromagnetic method used in water resource investigation, this paper calculates various hydrologic geoelectric models and the responses of different frequency airborne electromagnetic system based on the layer model. Through analysing the electromagnetic response feature and attenuation law of towered helicopter frequency electromagnetic system and fixed wing frequency electromagnetic system used in different hydrologic geoelectric models, the paper analyses the different detecting depths of the two systems using different hydrologic geoelectric models. The maximal depth of requency airborne electromagnetic system in saline areas is 60 meters, and the maximal depth in non-saline areas is 130 meters. Based on comprehensive analysis of the appliction prospect of the frequency airborne electromagnetic method applied to water resource investigation and the application samples at home and abroad, the paper demonstrates the effect of frequecy airborne electromagnetic method used in fresh water resource investigation in East China coastal area and the arid inland area. The result is signifficant for using frequency airborne electromagnetic method in water resource investigation.
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图 1 频率域航空电磁法层状介质模型图
Figure 1. The layer model for frequency airborne electromagnetic method
图 2 吊舱系统在盐渍化地区不同埋藏深度电磁响应特征曲线(第一层电阻率为10 Ω·m)
图中为水平共面收发装置，收发线圈离地高度为30 m, 收发距为6.5 m，纵坐标表示电磁实分量，单位为10-6；图中每一种颜色的曲线表示第一层的厚度不变，第二层的电磁响应随工作频率变化的关系图；蓝色虚线为噪声水平
Figure 2. The characteristic curves of electromagnetic response at different depths in the saline areas
图 3 盐渍化地区电磁响应特征与探测深度分析(第一层电阻率为10 Ω·m)
系统收发装置为水平共面，收发线圈离地高度为30 m，收发距为6.5 m，纵坐标表示电磁实分量，单位为10-6；图为第二层的电磁响应随埋藏深度变化的关系图；蓝色虚线为噪声水平
Figure 3. The analysis of electromagnetic feature and detecting depth in the saline areas
图 4 非盐渍化地区电磁响应特征与探测深度分析(第一层电阻率为100 Ω·m)
系统收发装置为水平共面，收发线圈离地高度30 m, 收发距=6.5 m，纵坐标表示电磁实分量，单位为10-6；图为第二层的电磁响应随埋藏深度变化的关系图；蓝色虚线为噪声水平
Figure 4. The analysis of electromagnetic feature and detecting depth in the non-saline areas
图 5 固定翼系统在盐渍化地区不同埋藏深度电磁响应特征曲线(第一层电阻率为10 Ω·m)
系统收发装置为垂直共面，收发线圈离地高度为100 m, 收发距为21 m，纵坐标表示电磁实分量，单位为10-6；图为第一层的厚度不变，第二层的电磁响应随工作频率变化的关系图；蓝色虚线为噪声水平
Figure 5. The characteristic curves of electromagnetic response at different depths in the saline areas
图 6 盐渍化地区电磁响应特征与探测深度分析(第一层电阻率为10 Ω·m)
系统收发装置为垂直共面装置，收发线圈离地高度为100 m, 收发距为21 m，Re/Im为电磁实分量与虚分量比值；图为第二层的电磁响应随埋藏深度变化的关系图；蓝色水平虚线为噪声水平
Figure 6. The analysis of electromagnetic feature and detecting depth in the saline areas
图 7 非盐渍化地区电磁响应特征与探测深度分析(第一层电阻率为100 Ω·m)
系统收发装置为垂直共面装置，收发线圈离地高度为100 m, 收发距为21 m，图为第二层的电磁响应随埋藏深度变化的关系图；蓝色水平虚线为噪声水平
Figure 7. The analysis of electromagnetic feature and detecting depth in the saline areas
图 8 定陵-十三陵水库航空电磁转换电阻率深度断面图
a中ρs表示共面装置3个频率实虚分量转换的视电阻率曲线，其中红色曲线表示高频23 250 Hz，蓝色曲线表示中频4 650 Hz，绿色曲线表示低频930 Hz；s表示水平距离; h表示海拔，b为3个频率转化的电阻率-深度断面，蓝色区域表示水库水体
Figure 8. The resistivity-depth profile from airborne electromagnetic data in Dingling-Shisanling reservoir area
图 9 纳米比亚干旱地区航空电磁转换视电阻率-深度断面图
s表示水平距离，h表示海拔，绿色表示低电导率，褐色表示高电导率
Figure 9. The resistivity-depth profile from airborne electromagnetic data in the arid area in Namibia
图 10 山东潍坊地区某剖面航空电磁转换电阻率-深度断面图
Figure 10. A resistivity-depth profile from airborne electromagnetic data in Weifang aea, Shandong
表 1 典型水文地电模型一览表
Table 1. Classical hydrologic geoelectric models
地电模型参数 盐渍化地区水文地电模型 非盐渍化地区水文地电模型 第一层电阻率/(Ω·m) 10(咸水层) 100(不含水层) 第二层电阻率/(Ω·m) 50(淡水层) 30(淡水层) 第三层电阻率/(Ω·m) 10(咸水层) 100(不含水层) 第一层厚度/m 30，50，70，90，110，150 30,50,70,90,110,150,200 第二层厚度/m 100 300 
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