地下水在复杂的地质和地形区域中的电磁成像.docVIP

工程案例 地下水在复杂的地质和地形区域中的电磁成像：一个在阿尔卑斯山脉的构造边界研究案例 Sophie Hautot*, Pascal Tarits+,Fr′ed′eric Perrier**, Corinne Tarits , and Michael Trique** 摘要 在阿尔卑斯山脉的Sur-Fretes Ridge上，基低频（VLF）、音频大地电磁法（AMT）和水地球化学勘测都曾运用在对该山脊内的水循环系统进行评价。在这些地区，电场的时间变化规律与附近的人工湖的水位变化已经被联系起来观察。Sur-Fretes Ridge为东西走向，宽一公里。水样品收集于分散遍及在整个区域的52个点。VLF测深工作沿着3条平行的东西向剖面进行，7个AMT测深在山顶沿着东西走向的剖面进行。这些地区以崎岖不平的山脊地形为特征，山脊的地质和地形走向几乎是正交的，使得这里的地质构造成为完全三维的。联系地质模型和地形模型，我们从这些VLF和AMT数据的二维和三维分析中建立了这个山脊的一个二维电阻率模型。当与水地球化学数据结合起来的时候，一个在山脊下面穿过地质接触面的地下水渗流模型被提了出来。这项研究说明，在一个高度不一致的环境当中，电磁成像可以与水化学结合起来用于绘制以公里为规模的地下水循环系统。这个方法可以应用到与水文地质和环境有关的研究上。 介绍 位于阿尔卑斯山脉的Sur-Fretes研究区域，有两个人工湖被这一公里宽的Sur-Fretes山脊分隔开。在这两个人工湖之间，电位的变化和随机射气酌与瞬态变形有关。(Trique et al., 1999) 在季节性的基础上，这些人工湖的水位变化范围超过50米(Perrieretal.,1998)。从1995年起，人们利用一个电阵列（14个各有20个偶极子的测量点）、一个三轴磁力仪和测氡装置(Perrieretal.,1998;Trique, 1999)。一个仪器和气象起源所能排除的观测的电位变化的最显著特征是，它们只有在单个偶极子下才能被清楚地观测到。这些电位变化可以利用在断裂中受到由应变引起的流体超压和动态流场进行解释(Trique et al., 1999)。观测的电位变化随之会通过由两个人工湖之间的水文地质系统的变化而引起的动电效应而产生。我们在实验室中所熟知的动电效应(e.g., Morgan et al., 1989; Jouniaux and Pozzi, 1995; Lorne et al., 1999a,b)，也已经被证明用来解释电位变化与湖泊水位的关系(Perrier et al., 1998; Trique, 1999)。决定动电效应是否也可以解释山脊的瞬态孔隙压力变化的地球物理响应，需要对地下水在这个高度异构系统中的分布有所了解。调查山脊的基底构造以研究整个地质水文系统，包括了这两个人工湖之间可能的关系。我们运用了两种方法对山脊的顶部进行勘测：利用基低频（VLF）测深研究浅部构造(0–100m)和音频大地电磁测深（AMT）研究更深部的构造（250–500m）。我们从电磁成像中推断出了一个水文系统模型，并且这个成果为水化学数据所支持。 SUR-FRETESRIDGE The Sur-Fretes Ridge位于阿尔卑斯山脉，距朗峰的西南向约30公里。这条东西走向的山脊把两个人工湖分隔开来——Roselend湖位于南边而Gittaz湖位于北边（图1）。这两个人工湖的水位每年都会有几十米的变化，Roselend湖面的最高海拔可达1557米而Gittaz湖则可达1562米。这两个人工湖的海拔每年平均在1480米到1550米之间变动。这个山脊的平均海拔为1800米，它的最高点为1826米。 组成这个山脊的构造沉积单元不整合地伏在贝尔多内结晶基底上，并被中生代石灰质岩席所逆掩俯冲。三叠纪沉积单元向东倾斜了约50°,总体的构造趋势为向北约30°。它的地质构造在倾斜方向上受到断裂，使得强烈的水循环得以形成。 沿着这条山脊，不同的水文地质和物理特性是非常明显的（图1）。这个山脊上的水文地质循环缘于能够被裂隙网所连接的高渗透率气阱和沿着倾斜面的优先流(E. Portier, 1995, D′epartement Analyse et Surveillance de l’Environnement Laboratoire de D′etectionet G′eophysique internal report)。高渗透率在片麻岩中是很低的，在地表上的0～2×10 -14㎡变化到40米以下深度的＜10﹣14㎡。在水坝附近钻的几个隧道中观测到的雨水渗透现象。多孔状白云岩产生是白云岩蚀变的结果——石膏的溶解使它饱含了孔洞。在实验室中，多孔状白云岩的渗透率很低（(0.15×10 ㎡ ; Lo