周運(yùn)興，焦紅軍，張 晉，郝學(xué)峰，王建中

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南 鄭州 450053;2.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001)

激電測深法在水源地普查中的應(yīng)用

周運(yùn)興1，焦紅軍2，張 晉1，郝學(xué)峰1，王建中1

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南 鄭州 450053;2.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001)

激電測深法作為一種傳統(tǒng)的電法勘探手段，在水源地普查中起了重要的作用。利用對稱四極激發(fā)極化測深法，結(jié)合鉆探及測井成果，能夠查明淺層含水層的結(jié)構(gòu)、含水層的分布范圍、厚度、埋深，推斷水源地的富水性、導(dǎo)水系數(shù)等，提高了水文普查精度，提高鉆探效果和減少了鉆探工作量。以沿黃城市后備水源地(鄭州東區(qū))為例，介紹對稱四極激發(fā)極化法在水源地中的應(yīng)用。

激電測深法;沿黃城市;水源地;普查

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市供水壓力日益加大，為城市發(fā)展規(guī)劃提供水資源依據(jù)，在沿黃地區(qū)開展水文地質(zhì)調(diào)查，勘查評價地下水資源量，提供建議勘查開發(fā)的城市后備水源地。物探在水源地的勘探中，起了重要的作用。查明淺層含水層結(jié)構(gòu)，各含水層的分布范圍、厚度、埋深、富水性、導(dǎo)水系數(shù)等，圈定地下水富水段以及淺層含水巖體的邊界條件及底板形態(tài)，配合水文地質(zhì)測繪和鉆探，提高水文普查精度，提高鉆探效果和減少鉆探工作量。

1 概況

1.1 自然地理概況

鄭州東區(qū)水源地位于中牟縣東北東漳－狼城崗黃河大堤內(nèi)，地形平坦，地勢整體趨勢為西高東低，微向北東傾斜，北部黃河自西向東緊鄰測區(qū)北側(cè)橫貫全區(qū)，地面標(biāo)高在73～88 m之間。地貌類型主要為堆積地貌，其形態(tài)有黃河漫灘和黃泛平原。

1.2 地質(zhì)概況

1.2.1 地層巖性

黃河下游平原及周邊地區(qū)的地層自太古界至新生界均有出露。現(xiàn)主要對平原區(qū)一定深度內(nèi)分布的新近紀(jì)以來的堆積地層簡述如下:

新近系(N):出露于山前，主要為河流－湖泊相沉積。巖性為較松散或半膠結(jié)狀的砂巖、砂礫巖、泥灰?guī)r和泥巖。平原區(qū)廣泛被第四系所覆蓋，巖性為泥巖夾各類砂層，深供水井和地?zé)峋衣兜皆搶印?/p>

第四系(Q):黃河下游廣泛分布第四系，厚度較大。開封凹陷中心厚度達(dá)400m以上。

1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)地跨華北臺坳的濟(jì)源 －開封坳陷、東明斷陷、濟(jì)陽坳陷及魯西臺隆的魯西隆起等構(gòu)造單元。區(qū)域主要斷裂有:NNE、NE向的長垣斷裂、黃河斷裂、聊蘭斷裂、曹縣斷裂、巨野斷裂;EW、NW向的有新鄉(xiāng) －商丘斷裂、鄭汴斷裂、荷澤斷裂等，均為活動性深大斷裂。

1.3 水文地質(zhì)條件

黃河下游平原廣泛分布新生代新近紀(jì)和第四紀(jì)松散堆積物。松散層中夾有較多的各類砂層，這些砂層構(gòu)成本區(qū)主要含水層，賦存有較豐富的地下水資源。由于各含水層埋藏深度、厚度、形成時代、成因和平面上所處位置不同，使得含水層的巖性、膠結(jié)程度、富水性，地下水的化學(xué)成份等存在很大差異，由于地下水均賦存于松散層的孔隙中，所以本區(qū)地下水含水類型均為松散巖類孔隙水。

1.4 地球物理特征

工作區(qū)主要目的層為黃河沉積的松散砂層、砂礫石層。相對埋深而言具有一定的厚度和規(guī)模，特別是淺層含水層組，分選性好，透水性強(qiáng)，與隔水的粘土巖類電性差異明顯，具備地球物理勘探的前提。

統(tǒng)計工作區(qū)的物探資料，可知各類巖性電性參數(shù)常見值(表1)。

表1 不同巖性電性參數(shù)常見值表

激電參數(shù)與松散層巖性顆粒度有關(guān)。整體上顆粒度大，導(dǎo)水性好，則激電參數(shù)高。顆粒細(xì)，激電參數(shù)低。另一方面，激電參數(shù)與松散層沉積條件有一定的關(guān)系。顆粒度相近的地層，深部形成時期早，砂層相對致密，激電參數(shù)高。淺部地層相對較疏松，地下水徑流量大，砂層激電參數(shù)略低。

綜上所述，在本區(qū)采用激電測深法勘探，工作設(shè)計得當(dāng)，并注意剔除干擾，是能夠解決所要查明的地質(zhì)問題的。

2 工作方法

野外采用對稱四級激電測深法。結(jié)合實際地質(zhì)情況，為保證曲線首枝達(dá)到漸近線及滿足探測深度要求，選擇最小供電電極距3 m，最大400 m。

布設(shè)勘探線4條，總長約51 km。其中垂直黃河走向3條，線距為 5 000 m，點(diǎn)距 500 m;平行黃河走向 1條，點(diǎn)距1 000 m?？倻y深點(diǎn)74個(圖1)。

圖1 物探工作部署圖

野外工作采用重慶儀器廠生產(chǎn)的DZD－6A型多功能直流電法儀。直接測取視電阻率 ρs和視激發(fā)極化率 ηs，依據(jù)衰減曲線計算出綜合參數(shù)ZP、半衰時TH、衰減度D。

野外定點(diǎn)用GPS衛(wèi)星定位儀結(jié)合1:5萬地形圖定點(diǎn)。野外工作嚴(yán)格按照《直流電法工作規(guī)范》要求執(zhí)行。每天出工前均對儀器、線架及電池進(jìn)行漏電檢查，對不極化電極進(jìn)行極差測定。保證一次場電壓大于10 mv，供電電源采用干電池組，最大供電電壓600 v。隨著極距的增加，增多供電電極，減少接電電阻來增大供電電流。一次場電壓較小時，進(jìn)行多次重復(fù)讀數(shù)來壓制干擾。

為保證第一手資料的準(zhǔn)確性，根據(jù)規(guī)范要求，全區(qū)共布設(shè)質(zhì)量檢查點(diǎn)4個，全區(qū)均方相對差2.6%，最大3.9%，最小1.5%，誤差小于規(guī)范要求的5%，表明野外資料可靠，精確度較高。

3 成果及解釋

3.1 解釋方法

3.1.1 定性分析

為了確保地面物探資料的準(zhǔn)確、可靠，在對所有野外資料數(shù)據(jù)進(jìn)行全部復(fù)核后，對部分曲線進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膱A滑處理。電測深曲線類型取決于地電斷面的性質(zhì)。曲線類型的變化可以反映地下巖性的變化特點(diǎn)。分析研究工作區(qū)電測深曲線類型可知:該區(qū)曲線類型大部分為K型曲線，極少部分為HK型。HK型曲線主要在大堤或磚廠附近，淺表層為碎石磚塊充填。而K型曲線則恰好反映了測區(qū)大部分地段的淺部含水層顆粒粗、分選性好及深部砂與粘土互層的電性特征。

為反映測線通過的垂直斷面中視電阻率的變化情況，以便清晰直觀地反映出含水層顆粒厚度總的變化趨勢，繪制了ρs等值斷面圖。

ρs等值斷面圖:以測線的各測深點(diǎn)為橫軸，以logAB/2為縱軸，然后將不同的logAB/2值所測得的值標(biāo)在相應(yīng)測點(diǎn)的縱坐標(biāo)上，用內(nèi)插法繪出ρs等值線。

3.1.2 定量解釋

對電測深資料初步分析認(rèn)為選取 T函數(shù)擬合法(圖2)、K反射系數(shù)法和井旁測深曲線類比法。三種方法主要根據(jù)測深曲線的變化形態(tài)、幅值、上升(下降)角度等地電參數(shù)，充分利用計算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)學(xué)地質(zhì)方法，來準(zhǔn)確地劃分地層剖面、區(qū)分不同巖性，并與已知井的井旁測深曲線進(jìn)行擬合分析達(dá)到由已知到未知的解釋目的。

圖2 T函數(shù)一維反演模型圖

由于三種解釋方法從不同角度對曲線進(jìn)行解釋，因而運(yùn)用三種結(jié)果進(jìn)行分析、對比，可以較好剔除干擾造成的假異常，盡可能地進(jìn)行物探資料－地層剖面的轉(zhuǎn)化。

水文地質(zhì)參數(shù)求取:工作區(qū)含水層為第四系砂層，為高阻巖性，隔水層為粘土巖類，為低阻。視電阻率測深曲線的高低，直接反映含水層顆粒的粗細(xì)與厚薄，反映地層的賦水性與導(dǎo)水性。視電阻率測深曲線與橫坐標(biāo)圍成面積與對應(yīng)深度范圍的地層導(dǎo)水系數(shù)密切相關(guān)。由地質(zhì)條件相類似，已知地層導(dǎo)水系數(shù)對應(yīng)視電阻率測深曲線積分作一元線性相關(guān)分析，一元線性回歸方程為:

其中T為(100m以上地層)導(dǎo)水系數(shù)，R為 AB/2=9m至AB/2=120m視電阻率數(shù)值積分，本區(qū) a、b常見值為 a=0.34，b=40m/d。

3.2 解釋成果

3.2.1 地層劃分

為了直觀地反映所測剖面上地地電特征及所反映的地層情況。依據(jù)前述ρs等值斷面圖及定量解釋結(jié)果，分別對各剖面線做了推斷地質(zhì)剖面圖，以Ⅲ－Ⅲ'剖面為例說明(圖3)。

Ⅲ－Ⅲ'剖面。垂直于黃河走向，剖面方向9o，南起中牟縣狼城崗鎮(zhèn)瓦坡村，北至韋灘村北黃河邊，地面標(biāo)高79～88 m。斷面淺部為低阻閉合或半閉合圈，反映為粉質(zhì)粘土和粘土的電性特征。中深部為高阻閉合或半閉合圈，尤其靠北部，閉合圈阻值達(dá)50Ω·m和60Ω·m，表明斷面中段顆粒含水層的典型特征，并且由南向北顆粒逐漸增大。深部ρs值逐漸下降，反映下伏粉質(zhì)粘土、粘土地層地電性特征。

3.2.2 富水性評價

綜合全區(qū)地面物探結(jié)合測井及鉆探資料可知，底板埋深120～130 m以上的中深層含水段，其巖性粒徑較大，基本不含泥質(zhì)或泥質(zhì)含量低，滲透性好，屬強(qiáng)富水段，水質(zhì)好，是地下水開采的主要層段。其下部巖性粒徑變小，泥質(zhì)含量增高，部分含水巖組泥質(zhì)膠結(jié)，滲透性變差，富水性相對變?nèi)?，該含水段，屬較深部相對弱地下水開采段。

圖3 Ⅲ－Ⅲ＇測線等ρs斷面及推測地質(zhì)剖面圖

利用前述的相關(guān)分析方法，對測區(qū)內(nèi)全部測深點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，得出了各點(diǎn)的導(dǎo)水系數(shù)(根據(jù)本水源地的地質(zhì)條件及本次供水勘探的要求，T值計算均為100 m以上含水層值)依據(jù)計算結(jié)果，可以看出，導(dǎo)水系數(shù)分布差異不大，規(guī)律明顯，接近黃河河道大堤以北，導(dǎo)水系數(shù)較大平均為1 700 m2/d，向南逐漸變小。沿測區(qū)由西向東，導(dǎo)水系數(shù)逐漸減小(圖4)。

3.2.4 推測古河道位置

根據(jù)古河道沉積顆粒較粗，視電阻率會相對較高的電性特征，我們采用面積積分的解釋方法，對測區(qū)內(nèi)所測電阻率參數(shù)進(jìn)行了處理，依據(jù)處理后的數(shù)據(jù)，以電性差異變化明顯處為界，圈定了古河道的位置和范圍(圖4)。

由視電阻率處理后的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)在平面上呈現(xiàn)一條近東西走向的條帶狀高值異常區(qū)。從推測地質(zhì)剖面圖上看，異常區(qū)均有淺部含水層底板相對稍深的

3.2.3 水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)趨勢，因而推測為古河道位置。

圖4 導(dǎo)水系數(shù)及推斷古河道位置圖

圖5 淺層含水層底板埋深等值線圖

3.2.5 淺層含水層地板埋深

利用本區(qū)激電測深K型曲線的T函數(shù)反演法確定的淺層含水層底板，結(jié)合本區(qū)鉆探及測井資料，生成了淺層含水層底板埋深等值平面圖(圖5)?？梢钥闯?，從南向北，從西向東，淺層含水層底板埋深逐漸減小，最深達(dá)96 m，最淺62 m。

4 結(jié)論

通過物探勘查，查明了淺層含水層結(jié)構(gòu)，各含水層的分布范圍、厚度、埋深、富水性、導(dǎo)水系數(shù)等，圈定地下水富水段以及淺層含水巖體的邊界條件及底板形態(tài)，配合水文地質(zhì)測繪和鉆探，提高水文普查精度，提高鉆探效果和減少鉆探工作量?？傊?，在水源地勘查中，對稱四極激發(fā)極化測深法作為傳統(tǒng)的物探方法效果好，效率較高，成本較低，是一種切實可行、置信度較高的方法。

［1］付良魁等.電法勘探教程.地質(zhì)出版社.1983.

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［3］趙建糧，陳天振.MT法在開封凹陷地?zé)豳Y源調(diào)查中的應(yīng)用［J］.物探與化探，2010，34(2).

［4］李保群，王喜軍.河南省鄭州北郊水源地供水水文地質(zhì)地球物理勘探報告［R］.河南省鄭州地質(zhì)工程勘察院，1995.

TV211

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1004－1184(2012)01－0104－03

2011－08－26

周運(yùn)興(1963－)，男，河南鞏義人，工程師，主要從事水文地質(zhì)及工程地質(zhì)工作。