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物探与化探  2024, Vol. 48 Issue (2): 342-347    DOI: 10.11720/wtyht.2024.1246
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时间域航空电磁法在多年冻土调查研究中的应用
余学中1,2(), 谢汝宽1, 单希鹏1,2, 何怡原1, 孙思源1, 李诗珺1
1.中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083
2.自然资源部 航空地球物理与遥感地质重点实验室,北京 100083
Application of airborne time-domain electromagnetic method in investigation of permafrost
YU Xue-Zhong1,2(), XIE Ru-Kuan1, SHAN Xi-Peng1,2, HE Yi-Yuan1, SUN Si-Yuan1, LI Shi-Jun1
1. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resources, Beijing 100083
2. Key Laboratory of Airborne Geophysics and Remote Sensing Geology, Ministry of Nature and Resources, Beijing 100083
全文: PDF(2651 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

多年冻土空间分布调查在冰冻圈研究中具有重要意义。目前国内冻土空间分布调查通常采用地面物探结合测井的探测方法,获得局部点上或线上数据,或者采用不同的遥感模型,模拟估算区域性多年冻土厚度。笔者利用获取的时间域航空电磁数据,根据电阻率计算结果推断多年冻土空间分布特征。推断结果与已知测井资料对比分析表明,根据时间域航空电磁数据反演结果推断的多年冻土层厚度与已知测井测温确定的结果平均误差为18.5%,表明采用时间域航空电磁法开展多年冻土厚度调查是有效的,具有较高的准确性。由于时间域航空电磁测量具有高效、受地形影响小等技术优势,可应用于青藏高原、东北大兴安岭等地区的大面积、快速、定量化的多年冻土调查,为全面调查研究多年冻土空间分布及其对生态环境变化的影响提供新的、有效的技术解决方案。

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余学中
谢汝宽
单希鹏
何怡原
孙思源
李诗珺
关键词 多年冻土时间域航空电磁法青藏高原    
Abstract

Investigating the spatial distribution of permafrost is critical for cryosphere research. At present, China's investigation concerning the spatial distribution of permafrost generally employs the detection method of ground geophysical exploration combined with logs to obtain local point or line data. Alternatively, different remote sensing models can be used to simulate and estimate the thickness of regional permafrost. This study inferred the spatial distribution of permafrost based on airborne time-domain electromagnetic (TDAEM) data and resistivity calculation results. The comparative analysis of the inference results and the known drilling data reveals an average error of 18.5% between the permafrost thickness inferred from the inversion results of TDAEM data and the result determined by borehole temperature measurements. This suggests that the TDAEM method exhibits high effectiveness and accuracy in permafrost thickness investigation. With technical advantages like high efficiency and minor topographic influence, the TDAEM method can be applied to the large-scale, rapid, and quantitative permafrost investigation in the Qinghai-Tibet Plateau and the Greater Khingan Range in northeast China. Therefore, this study provides a new and effective technical solution for a comprehensive investigation of the spatial distribution of permafrost and its influence on ecological environment changes.

Key wordspermafrost investigation    airborne time-domain electromagnetic method    Qinghai-Tibet Plateau
收稿日期: 2023-06-05      修回日期: 2023-12-06      出版日期: 2024-04-20
ZTFLH:  P631.1  
基金资助:中国自然资源航空物探遥感中心青年创新基金项目“航空电磁在青藏高原多年冻土活动层厚度调查中的应用研究”(2023YFL4);中国地质调查局项目“青藏高原典型区冻土与地下水分布航空物探调查”(DD20211396)
作者简介: 余学中(1977-),男,博士,教授级高级工程师,主要从事航空物探在金属矿产勘查、水工环调查、基础地质研究及应用工作。Email:113606367@qq.com
引用本文:   
余学中, 谢汝宽, 单希鹏, 何怡原, 孙思源, 李诗珺. 时间域航空电磁法在多年冻土调查研究中的应用[J]. 物探与化探, 2024, 48(2): 342-347.
YU Xue-Zhong, XIE Ru-Kuan, SHAN Xi-Peng, HE Yi-Yuan, SUN Si-Yuan, LI Shi-Jun. Application of airborne time-domain electromagnetic method in investigation of permafrost. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(2): 342-347.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2024.1246      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2024/V48/I2/342
Fig.1  研究区及周围多年冻土及融区分布[18]
Fig.2  时间域航空电磁法工作原理示意
土壤/岩
性类型
采样数
量/件
电阻率/(Ω·m) 采样深
度/m
范围 平均值
非冻结土壤 24 48~163 94 <1
冻结土壤 12 228~564 306 <1
Table 1  研究区地面实测土壤电阻率统计
Fig.3  L1140测线反演电阻率—深度剖面(a)及推断解释成果(b)
钻孔 对比项目 钻孔结果 反演推断结果 对比误差/%
ZK9-5 岩性及厚度 0~73 m:以中粒砂岩为主,夹粉砂岩、细砂岩 0~70 m:异常高阻体,视电阻率1 000~2 000 Ω·m;为富冰冻土引起 4
73~149 m:以细砂岩、粉砂岩为主,夹泥岩、砂质泥岩 70~135 m:高阻体,视电阻率600~1 000 Ω·m;为细砂岩、粉砂岩引起 10.4
149~240 m:以中粒砂岩为主,夹细粒砂岩、粉砂岩 135~230 m:低阻体,视电阻率50~200 Ω·m;明显低阻层对应含水较多中粒砂岩层 4
冻土层厚度 119 m 135 m 13.4
ZK16-3 岩性及厚度 0~112 m:以中粒砂岩为主,夹细粒砂岩、粉砂岩 0~130 m:异常高阻体,视电阻率1000~1 500 Ω·m;为富冰冻土引起 16
112~177 m:以细粒砂岩为主,夹粉砂岩 130~160 m:高阻体,视电阻率700~1 000 Ω·m;高阻体为细砂岩、粉砂岩引起 10
冻土层厚度 104 m 136 m 23.5
Table 2  航空电磁推断解释结果与钻孔数据对比
Fig.4  研究区三维电阻率模型结构
Fig.5  研究区多年冻土及富冰冻土三维空间分布
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