楊宏智，呂小紅，趙德慶，李峰

(1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西桂林 541004;2.山東省物化探勘查院，山東濟南 250013;3.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東濟南 250014)

隨著城市發(fā)展進程的加快及城市人口的增加，城市建設(shè)用水和人民群眾生活用水出現(xiàn)緊缺。為保證城市用水的安全，山東臨淄擬在原有水源地上游地段建立新的水源地。新水源地勘查中EH-4 大地電磁測深系統(tǒng)的運用發(fā)揮了較大作用，在該地區(qū)找水，首先要根據(jù)各含水層尤其是裂隙巖溶水含水層的電性特征差異，推斷其埋深條件及空間分布規(guī)律，查明區(qū)域性斷裂帶的空間分布特征［1］。再根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件判斷其富水性，圈定富水地段，確定水源地的邊界。最后通過鉆探驗證，從而尋找到賦存在裂隙巖溶或破碎帶中的脈狀裂隙水。

1 區(qū)域水文地質(zhì)特征

工作區(qū)范圍內(nèi)出露的地層主要有:寒武系、奧陶系、石炭系和第四系(圖1)。寒武紀巖性以泥質(zhì)條帶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及竹葉狀灰?guī)r為主。奧陶紀巖性以白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖和含燧石條帶和燧石結(jié)核的白云巖組成。石炭紀巖性為一套砂頁巖含煤層夾薄層灰?guī)r的海陸交互相沉積巖。第四系以粘質(zhì)砂土、砂質(zhì)粘土夾卵礫層為主。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造比較復(fù)雜，以NNW，NE，NEE 和SN 向斷裂構(gòu)造為主(圖1)。斷裂具多期活動性質(zhì)。對地層分布和地下水運動起控制作用的主要構(gòu)造為:F23，F(xiàn)24，F(xiàn)25，F(xiàn)26組成的斷裂帶和F12，F(xiàn)3等。

該區(qū)巖溶水系統(tǒng)為一相對獨立的水文地質(zhì)單元，水文地質(zhì)邊界條件清楚。一條區(qū)域性河流流經(jīng)工作區(qū)，南部邊界為一有側(cè)向徑流補給的邊界，工作區(qū)內(nèi)地表、地下分水嶺位置相近，因而東、西兩側(cè)的邊界南部均為地表分水嶺、北部則分別以F3和F23，F(xiàn)24，F(xiàn)25，F(xiàn)26組成的斷裂帶為界;北部邊界為山前奧陶紀灰?guī)r隱伏區(qū)。原水源地位于該水文地質(zhì)單元的排泄區(qū)，其主要地下水含水層為松散巖類孔隙水含水層、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水含水層2 大類型，其中奧陶紀馬家溝群石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r裂隙巖溶含水巖組是主要供水含水巖組。

原水源地地下水的主要補給來源為大氣降水的入滲補給和河流河道滲漏補給。主要地貌類型為低山丘陵區(qū)，群山廣布，溝谷縱橫，寒武—奧陶紀碳酸鹽巖大面積出露，地表巖溶裂隙發(fā)育良好，有利于大氣降水的入滲補給，大氣降水沿裂隙巖溶下滲后轉(zhuǎn)化為地下水［2］。

原水源地上游地段為該水文地質(zhì)單元的補給、徑流區(qū)，地表巖溶發(fā)育，有利于地下水的下滲、補給，地下水在接受大氣降水的入滲補給后，由兩側(cè)地下分水嶺向F23，F(xiàn)24，F(xiàn)25，F(xiàn)26組成的斷裂帶內(nèi)匯集。該斷裂帶作為工作區(qū)內(nèi)的主要控水構(gòu)造，是一組近NE向的經(jīng)多期構(gòu)造運動呈壓扭性的區(qū)域性斷裂，該斷裂東支主干斷裂為阻水?dāng)嗔?，斷裂破碎帶?nèi)裂隙巖溶發(fā)育，是東、西、南部地下水、地表水的匯集區(qū)，地下水最終斷裂帶向北徑流排泄到原水源地。

通過分析，認為工作區(qū)內(nèi)的F23，F(xiàn)24，F(xiàn)25，F(xiàn)26組成的斷裂帶為該次重點工作地段，是主要的地下水儲存及運移場所。從已知的區(qū)域地質(zhì)報告中研究附近的斷裂構(gòu)造，結(jié)合實地的水文地質(zhì)調(diào)查，在確定了構(gòu)造帶的水源補給及賦水條件的情況下，確定了可能的含水?dāng)嗔褞Щ蛄严稁?，再用物探方法來充分測定構(gòu)造帶的寬度、延深、產(chǎn)狀及賦水性，從而達到在斷裂帶利用物探方法找水的目的。

圖1 工作區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造綱要圖

2 區(qū)域地球物理特征

為了解該區(qū)地層巖性的電性特征，收集了該區(qū)電性資料(表1)。

表1 工作區(qū)各地層電性參數(shù)統(tǒng)計

由于第四系為松散巖土層，成巖條件較差，電性變化范圍大，粘土、粉質(zhì)粘土電阻率較低，一般5 ～8 Ω·m，粉土、粉砂、細砂的電阻率相對增高;中粗粒砂、砂礫電阻率較大，可達100 Ω·m，它的特點是電阻率隨著含砂量及顆粒的增大而增高，隨著粘土礦物含量的增加而減少。古近紀至晚古生代電阻率的變化范圍變小，隨著成巖程度的增加，電阻率有所增加;已成巖的地層，泥巖、含砂質(zhì)泥巖、含泥質(zhì)砂巖、砂巖，隨著砂質(zhì)成分的增加，電阻率值也增加。從成巖角度上看，古近系、侏羅系、石炭-二疊系，同類電性的巖石，隨著固結(jié)程度的提高，電活動性有所降低。古近紀地層中的砂巖約10 Ω·m，侏羅紀地層中的砂巖約12 Ω·m，從地質(zhì)時代宏觀看，地層由新到老，電阻率呈由低到高的微弱變化。寒武-奧陶系，主要巖性為灰?guī)r，電阻率最高，大于300 Ω·m;由于斷裂構(gòu)造和巖溶的存在，使原巖破碎、充水，致使電阻率降低，其電阻率值一般為20 ～80 Ω·m。上述各巖層電性特征，對開展EH-4 測深工作來說，具備良好的工作前提。

3 工作方法綜述

由于該區(qū)城鎮(zhèn)化造成人為的干擾及河流水系較為發(fā)育，給許多方法帶來不便。EH-4 電磁成像系統(tǒng)測深法設(shè)備輕便對地面施工條件要求相對較低，適于在該地區(qū)的水文地質(zhì)條件及實際施工環(huán)境。

EH-4 電磁成像系統(tǒng)是美國EMI 和Geometrics公司聯(lián)合生產(chǎn)的。它以大地電磁測深法為設(shè)計原理，依靠先進的電磁數(shù)據(jù)自動采集和處理技術(shù)，將音頻大地電磁法(AMT)和可控源音頻大地電磁法(CSAMT)結(jié)合起來，實現(xiàn)了天然信號源與人工信號源的采集和處理，成為國際先進的雙源大地電磁測深系統(tǒng)［3-5］。

為了解F23，F(xiàn)24，F(xiàn)25，F(xiàn)26組成的斷裂帶深部富水賦存狀態(tài)及規(guī)模，在該區(qū)展開了EH-4 探測工作，重點研究淄河斷裂帶及其周邊地球物理場特征。在測區(qū)布置了若干條平行的測線，測線方向為90°，測點點距為20 m，測量采用20 m 極距，由于隨機干擾信號的存在，對獲得的視電阻率數(shù)據(jù)進行了圓滑處理，對于缺失的頻點數(shù)據(jù)，采用差值的方法進行人工補償，最后進行了二維反演。經(jīng)過反復(fù)修改反演控制參數(shù)，達到了整條斷面多參數(shù)的最佳擬合，最后得到了需要的反演結(jié)果及地質(zhì)解釋結(jié)果(圖2)。

圖2 工作布置及成果推斷圖

4 實測資料分析解釋

根據(jù)該區(qū)水文地質(zhì)特征和地球物理特征，F(xiàn)23，F(xiàn)24，F(xiàn)25，F(xiàn)26組成的斷裂帶作為工作區(qū)內(nèi)的主要控水構(gòu)造，斷裂破碎帶內(nèi)裂隙巖溶發(fā)育，是東、西、南部地下水、地表水的匯集區(qū)。由于斷裂構(gòu)造的破壞，原巖破碎或溶洞發(fā)育，充水后電阻率急劇降低。該區(qū)的富水區(qū)在反演后的視電阻率等值線斷面圖上，視電阻率等值線梯級帶呈“V”型的轉(zhuǎn)折及同向彎曲的低阻異常。

圖3 為2 線EH-4 測量結(jié)果反演所得視電阻率斷面圖，淺部視電阻率較低的第四系覆蓋層，深部約1 050 點左右視電阻率差異明顯。1 050 點左側(cè)視電阻率較高，最高達2 000 Ω·m，右側(cè)視電阻率等值線呈“V”型的轉(zhuǎn)折及同向彎曲的低阻異常，推斷為巖溶較為發(fā)育的富水區(qū)，1 050 點附近視電阻率等值線呈密集梯級帶狀，推斷為一斷裂構(gòu)造F1［6］。將所有測線所得的低阻異常綜合分析，得出該區(qū)存在3條近平行的NE 向斷裂構(gòu)造帶F1，F(xiàn)2和F3。構(gòu)造帶附近巖溶較為發(fā)育，形成3 個富水區(qū)域，且存在著由淺到深富水區(qū)范圍逐漸變大后又逐漸變小的規(guī)律。反演結(jié)果與鉆孔資料相吻合，結(jié)合地質(zhì)物探資料在3 個富水區(qū)域布置鉆孔并進行了抽水試驗，出水量達120 m3/h，表明EH-4 方法在該區(qū)巖溶水、斷裂構(gòu)造水的勘查中取得較明顯的效果。

圖3 典型剖面視電阻率斷面圖

5 結(jié)語

該文分析了區(qū)內(nèi)巖溶強發(fā)育區(qū)段地下水富水性特征，結(jié)合地質(zhì)資料提出了沿F1，F(xiàn)2，F(xiàn)33 個巖溶發(fā)育富水帶，對區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件有了進一步認識，為該區(qū)水文地質(zhì)鉆探提供了依據(jù)。反演結(jié)果與鉆孔資料相吻合，取得較好地質(zhì)成果。上述方法試驗表明，EH-4方法具有設(shè)備輕、速度快、費用低、勘探深度大、精度較高等優(yōu)點。通過數(shù)據(jù)處理并結(jié)合地質(zhì)資料解譯，EH-4 大地電磁測深系統(tǒng)測量所得的二維視電阻率——深度剖面圖能清晰地反映地下地質(zhì)體的精細電性信息，反映出富水低阻異常在空間上的展布，直觀地提供異常在剖面上的形態(tài)、規(guī)模、延深、富水性等，保證了富水區(qū)預(yù)測的準確性。因此，EH-4 連續(xù)電導(dǎo)率成像儀在深部水文勘查中能起到重要的指導(dǎo)作用。

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