遥感技术在地下水资源勘查中的应用

航空物探与遥感技术在地下水勘查中的应用

熊盛青唐文周刘浩军

（中国国土资源航空物探遥感中心，北京，100083）

摘要：综合航空物探方法是地下水勘查中行之有效的方法，具有快速、高效、成本低、便于大面积工作、

发现和区分目标能力较强等特点，近年在世界各地干旱区地下水勘查中得到广泛应用，取得了良好效

果。我国从20 世纪80 年代开始利用航空电磁测量和航空磁测在江苏连云港等地区进行圈定地下淡水、划

分咸淡水界限、寻找地下热水等工作，均取得较好的结果。2002 年我国引进了国际上先进的直升机航空电磁测量系统。航空物探将会在我国地下水勘查中发挥越来越重要的作用。

采用遥感技术，通过对遥感图像反映的地形、地貌、岩性、第四纪沉积物、地质构造、水系、地表覆

盖等水文地质要素的解译分析，可进行水文地质填图和地下水资源评价。随着多光谱、热红外、微波等遥

感新技术、新方法的发展和日益完善，遥感在地下水勘查中的应用技术将更加成熟，并发挥出越来越大的

作用。

关键词：地下水、勘查、航空物探、航空电磁测量、遥感技术、图像

1 航空物探勘查地下水的应用

1.1 地下水勘查中的航空物探方法简介

航空物探是把地球物理勘探技术与航空技术结合的一门新技术，是一种获取并研究岩石

圈，特别是与地壳有关的多种地球物理场信息的方法手段。利用安装在飞机上的物探设备测量天然地磁场、放射性和人工发射的电磁场，通过数据处理与分析，推断出地表及地下地质体、构造等分布特征。常见方法包括航空磁测、航空电磁测量和航空放射性测量。

航空磁测主要通过测量地磁场，推断地下地质构造，一般探测深度较大，可达数公里或

更大，用于了解控制水文地质环境的地质构造，间接寻找地下水和地下热水。而航空放射性测量利用水体对放射性能量的吸收呈现低值异常，据此可用于寻找浅层地下水。

航空电磁测量利用含水层和不含水层，以及不同含盐度水的电阻率（或电导率）的差别，

通过电磁测量，转换成电阻率（或电导率）的空间分布，从而确定不同含盐度的地下水的赋存，是地下水勘查的主要航空物探方法。

航空电磁测量按激发场形式的不同可分为频率域和时间域航空电磁测量两种，根据发射

和接收线圈的安装方式分为固定翼和直升机吊舱式两种。由于人工激发电磁场的方式不同，各种航空电磁法的探测深度相差较大。实际工作中可根据地质任务、测区水文地质和地形等条件选择不同的方法。固定翼频率域航空电磁测量方法，效率高，成本低，但要求工作地区地形起伏较小，探测深度较浅，一般为几十米；直升机吊舱式频率域航空电磁测量，探测深度较大，一般可达100m 左右，对工作地区地形要求较低，但工作效率稍低，相应成本增高；且要求工作地区地形起伏较小；直升机吊舱式时间域航空电磁测量探测深度200m 左右固定__________________________

第一作者简介：熊盛青，男，1963 年8 月出生，博士，中国国土资源航空物探遥感中心副主任、总工

程师，教授级高级工程师，博士生导师。长期从事航空物探、遥感技术应用研究和技术管理工作。

翼时间域航空电磁测量探测深度最大，可达200-300m，甚至达600-700m，但工作成本与固

定翼时间域方法相比探测深度要小一些，但工作成本和对地形起伏要求都较低，是一种很有发展前景的方法，不过目前还正在研制之中，尚未用于生产测量。当前国外主要采用直升机吊舱式频率域电磁系统和固定翼时间域航空电磁系统；我国主要采用固定翼频率域航空电磁测量系统，2002 年新引进的直升机吊舱式频率域电磁系统，正在试验之中。

1.2 航空物探在地下水勘查中的主要应用

以往，航空物探主要用于地质找矿和填图、油气勘查等工作。近年来，由于航空物探工

作效率高，成本较低，便于大面积工作，尤其随着测量精度的提高，发现和区分目标能力增强，越来越得到水文勘查工作者的青睐。近几年，在世界各地干旱地区找寻地下水勘查中，航空物探方法技术得到广泛应用。在国外，如美国、澳大利亚、非洲和亚洲等一些国家，在找水工作中，尤其是在沙漠干旱地区的找水工作中，航空物探发挥了重要作用，取得了良好的效果。我国从20 世纪80 年代中期开始，利用航空电磁测量和航空磁测在江苏连云港、河

北南宫、辽宁大连等地区进行圈定地下淡水、划分咸淡水界限等工作，均取得较好的结果，

但总体上讲，应用潜力尚未得到充分发挥，且与国外有较大差距。

1.2.1 国外应用实例

由于近年来航空电磁测量在系统硬件和处理解释软件方面都取得了显著进展，利用航空

电磁测量进行水文地质勘查的工作日益增多，已成为水文地质勘查工作的重要组成部分。

1.2.1.1 利用DIGHEM 系统寻找浅层淡水及地热水

DIGHEM 系统是频率域直升机吊舱系统。在纳米比亚干旱地区，用该系统进行了寻找浅

层淡水测量，通过用5 个频率电磁数据转换的电导率-深度图像（CDI）表明，高阻体与淡

水体吻合较好，并且利用多条CDI 剖面立体地查明了淡水体的空间分布特征。另外，富含

矿物质的地热水通常显示良导特性，当其上涌到浅部时，在航电异常图上显示高电磁响应，

因此，航空电磁测量在地热水勘查方面也能发挥一定的作用，DIGHEM 公司在这方面也作了

一些工作。

1.2.1.2 利用QUESTEM 系统进行水文地质勘查及土地调查

近几年，在西澳大利亚地区利用时间域航空电磁系统进行了大量测量，主要用于解决水

文地质和土地管理问题，比如水资源评价、土地含盐度评价以及预测和处理，并与GIS 技术

结合为农业规划服务。在澳大利亚已把航空电磁-磁测量作为政府土地管理工作的一个重要

部分，在昆士兰和维多利亚等地，也为解决水文地质调查和农业规划进行了大量航空电磁-

磁测量。World Geoscience 公司公布了许多实例，显示了应用航空时间域电磁系统（QUESTEM）获得的数据能够通过转换的电导率填图监测含盐度。在澳大利亚西部干旱地区，利用频率域

航空电磁测量在圈定古河道、寻找浅层淡水方面取得较好效果。

1.2.1.3 利用GEOTEM 系统及航空物探综合测量进行地下水调查

美国地调局于1997 年和1999 年在亚利桑那州南部圣佩德罗河谷一带进行了航空地球物

理测量飞行。测量使用的是总场磁力仪和60 道时间域GEOTEM 航空电磁（AEM）系统。通过

对磁数据进行欧拉反褶积处理，得到了磁源深度，结合重力数据，推断了圣佩德罗河谷下面

的基底起伏和构造。通过电导率深度转换（CDT）推断出了沿飞行线的次级水平导体，推论

这个导体是地下水。为提高解释的可靠性，他们尽量对照附近水井的电测井资料来校准电导

率深度转换。通过对比表明，探测深度可达400m,在150m 深度以浅，电导率深度转换值与

电测井曲线吻合，从150m 到大约400m 深度两者曲线基本吻合。

1.2.2 国内应用实例

1.2.2.1 在江苏连云港地区区分咸淡水界限并寻找地下淡水体

该地区大部分为第四纪覆盖，仅在东北部有少量老地层出露。航空电磁测量采用520Hz、

2020Hz、8020Hz 三种频率测量异常的实、虚分量，经解释推断对全区划分了咸淡水界限、

圈定了多个地下淡水体的范围，并推断了新构造运动引起的浅断裂。经验证，推断圈定的

该地区南岗地下淡水体的范围与地质调查的结果一致。

1.2.2.2 在河北南宫地区寻找古河道中的淡水体

该地区位于河北南部海河流域冲积平原上，全部为第四纪覆盖，盐碱地发育，地下赋

存有古河道淡水。利用航空电磁测量520Hz、2020Hz、8020Hz 三种频率测量异常的实、虚

分量值，经解释推断圈定了地下古河道淡水范围。

1.2.2.3 在山东黄河口地区划分咸淡水界限并圈定地下淡水体范围

航空电磁测量采用520Hz、2020Hz、8020Hz 三种频率测量异常的实、虚分量，同时进

行了高精度航空磁测和航空伽玛能谱测量。利用航空电磁测量的结果，圈出了海侵的程度

和分布界限；按照电阻率的高低，划分了强海侵、中强海侵、中等海侵、中弱海侵、弱海

侵、浅部弱海侵深部非海侵和非海侵几种类型区，并提出了在海侵边界附近形成了上咸下

淡的双层结构的过渡区。这种推断结果部分已得到水文地质成果的佐证；依据不同频率电

磁异常的范围、电磁响应的强弱变化规律，以及结合当地水文地质情况，推断了黄河口地

区地下浅层淡水远景区的分布，圈定了浅部淡水、半咸水与咸水的界限，并在淡水中划分

出三种级别的浅层淡水远景区。经对部分异常地面查证，表明利用航空电磁测量寻找浅层