欒志剛，周金玲，李 宏

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司工程勘察院，新疆 烏魯木齊 830002)

莫合臺(tái)鎮(zhèn)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北與塔城額敏盆地交界的烏日克下亦山東段南麓，白楊河與布爾闊臺(tái)河兩沖洪積扇交匯區(qū)，交匯底部呈三角洼地，陡坎有線(xiàn)狀地下水溢出，形成沼澤濕地；洼地兩側(cè)扇坡地勢(shì)平緩開(kāi)闊，戈壁礫漠覆蓋，荒漠植被稀疏，現(xiàn)鎮(zhèn)區(qū)周?chē)瓯诨哪畢^(qū)已改造種植了幾萬(wàn)畝防風(fēng)固沙生態(tài)沙棘林，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境改善、脫貧、可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。但由于區(qū)內(nèi)年降水量不足100 mm，且無(wú)地表引水，其沙棘生長(zhǎng)全部取自當(dāng)?shù)氐叵滤?。?jù)了解當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有取水井近百眼，其中約30%機(jī)井抽取的地下水中富含有益微量元素—鍶，部分樣品鍶含量≥0.40 mg/L，最高可達(dá)3.63 mg/L。為探究該區(qū)地下水中鍶的來(lái)源及分布特征，查清區(qū)內(nèi)控水構(gòu)造條件，結(jié)合多種物探手段，綜合分析研究，取得了對(duì)該區(qū)隱伏構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，對(duì)分析研究洼地區(qū)儲(chǔ)水構(gòu)造體系與地下水補(bǔ)徑排關(guān)系，探究富鍶水中鍶的來(lái)源及空間分布具有指導(dǎo)意義。

本次研究采用地球物理測(cè)井、高密度電阻率法及電阻率測(cè)深法相互結(jié)合，基本查明北部基巖山區(qū)主要巖體基巖在完整和非完整狀態(tài)下的電性參數(shù)特征，判斷北部基巖山區(qū)北東向和北西向斷層向洼地區(qū)的延伸情況。通過(guò)電測(cè)深及鉆探測(cè)井驗(yàn)證等手段，基本查清研究區(qū)內(nèi)基底起伏變化及儲(chǔ)水構(gòu)造的分布特征。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)普查資料，區(qū)域內(nèi)地層從老到新發(fā)育有古生界泥盆系、石炭系，缺失二疊系；中生界可見(jiàn)侏羅系，零星可見(jiàn)三疊系，缺失白堊系；新生界缺失古近系，零星可見(jiàn)新近系，廣泛發(fā)育第四系，其中第四系多發(fā)育在盆地和谷地中，前第四系主要分布在山區(qū)，以侵入巖和火山碎屑巖為主。

工作區(qū)處于準(zhǔn)噶爾弧形構(gòu)造的西翼與塔爾巴哈臺(tái)山區(qū)域東西向構(gòu)造的斜接復(fù)合部位，烏日可下亦山地層多呈北東向展布，主要受準(zhǔn)噶爾盆地板塊西緣華力西期晚期北東向深大斷裂帶控制。

工作區(qū)北部基巖山區(qū)主要發(fā)育有北西向莫湖臺(tái)東斷層(F1)和北東向莫湖臺(tái)斷層(F2)兩條較大斷裂, 見(jiàn)圖1，推測(cè)該兩條斷裂在莫合臺(tái)洼地區(qū)交匯, 構(gòu)成X型斷層組合，控制著莫合臺(tái)洼地地質(zhì)和水文格局，對(duì)地下水水量和水質(zhì)變化均有較大影響。

圖1 工作區(qū)主要斷裂分布圖

2 工作部署及解釋方法

2.1 工作部署

為了解工作區(qū)北部山區(qū)及山前基巖淺埋區(qū)的斷層發(fā)育及延伸情況，先后布置了4條高密度電阻率剖面和6條電測(cè)深剖面，編號(hào)為G1、G2、G3、G4 和D1、D2、D3、D4、D5、D6；為了解洼地區(qū)電性層結(jié)構(gòu)及覆蓋層的總體變化規(guī)律，在東部沙棘林地現(xiàn)有井旁布置了3條高密度電阻率剖面及58個(gè)電測(cè)深散點(diǎn)；在2個(gè)勘探性鉆孔中開(kāi)展綜合水文測(cè)井，測(cè)取電阻率電位、自然電位和自然伽瑪3條曲線(xiàn)，物探工作布置詳見(jiàn)圖2。

圖2 物探工作布置圖

本次使用的測(cè)量?jī)x器，地球物理測(cè)井選用中裝集團(tuán)重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B 型綜合數(shù)字測(cè)井系統(tǒng)，由筆記本電腦、測(cè)井主機(jī)、絞車(chē)和系列探管組成，測(cè)取電阻率電位、自然電位、自然伽瑪三條曲線(xiàn)，各曲線(xiàn)均在儀器自動(dòng)控制下連續(xù)測(cè)量。

高密度電阻率法采用中裝集團(tuán)重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A 型高密度電法測(cè)量系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電極轉(zhuǎn)換系統(tǒng)兩部分組成，本次高密度電法勘探采用溫納裝置，電極數(shù)60 個(gè), 電極間距5 m，排列長(zhǎng)度300 m，有效探測(cè)深度小于80 m，每個(gè)排列記錄點(diǎn)數(shù)552個(gè)。

野外數(shù)據(jù)采集之前，嚴(yán)格進(jìn)行電極接地電阻檢查，保證每一根電極接地良好，所有測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)均穩(wěn)定變化，測(cè)量電壓(△V)均大于3 mV，供電電流(I)均大于3 mA，符合《水利水電工程物探規(guī)程》的要求。

表1 電測(cè)深裝置極距一覽表

電測(cè)深數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)通過(guò)系統(tǒng)檢查方式進(jìn)行，本次按工作精度控制標(biāo)準(zhǔn)，在工作區(qū)不同部位共布置9個(gè)系統(tǒng)檢查點(diǎn)，單點(diǎn)均方相對(duì)誤差均小于3.5%，總均方相對(duì)誤差(M)為0.38%，小于規(guī)范規(guī)定的總均方相對(duì)誤差(M)小于3.5%的精度要求，外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

2.2 解釋方法

高密度電阻率法，首先將存儲(chǔ)在儀器中的原始測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)“電法測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)換”軟件傳輸至計(jì)算機(jī)中，并轉(zhuǎn)換成適合高密度電法解釋軟件(Geogiga CRT)格式的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行保存。然后進(jìn)入到Geogiga CRT解釋軟件中進(jìn)行相關(guān)的處理和反演解釋?zhuān)晒ぷ鲾嗝娴碾娮杪史囱萆V圖像，直觀反映地下電性地質(zhì)體的空間分布形態(tài)，再結(jié)合工作區(qū)的地質(zhì)資料對(duì)異常體做出推斷解釋。

電阻率測(cè)深法電測(cè)深資料整理，首先是對(duì)野外原始觀測(cè)數(shù)據(jù)檢查、處理及剖面測(cè)量數(shù)據(jù)的整理，并對(duì)測(cè)區(qū)電測(cè)曲線(xiàn)類(lèi)型、地電斷面進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，歸納出測(cè)區(qū)主要電性層的電性參數(shù)。其后結(jié)合測(cè)區(qū)地質(zhì)及水質(zhì)分析成果資料對(duì)電測(cè)曲線(xiàn)進(jìn)行定量解釋?zhuān)忉尫椒ㄖ饕辛堪宸?、拐點(diǎn)切線(xiàn)法及經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法，對(duì)典型曲線(xiàn)采用計(jì)算機(jī)數(shù)字?jǐn)M合解釋?zhuān)詈罄L制定性、定量成果圖件，并對(duì)其進(jìn)行分析，做出地質(zhì)解釋。

3 測(cè)區(qū)電性特征及成果分析

3.1 測(cè)區(qū)電性特征

工作區(qū)北部基巖山區(qū)，巖性主要為花崗巖和火山碎屑巖，在完整狀態(tài)下一般呈現(xiàn)高阻特征，電阻率通常可達(dá)到500 Ω·m以上，但隨著裂隙發(fā)育程度和破碎程度的增大，電阻率會(huì)表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，在較破碎的情況下，可下降到200 Ω·m左右，這種電性上的明顯差異為應(yīng)用高密度電阻率法探測(cè)斷層破碎帶的發(fā)育情況提供了良好的地球物理?xiàng)l件。

莫合臺(tái)洼地區(qū)地層為多層結(jié)構(gòu)，巖性以卵礫石、砂礫石、粗砂含礫、砂土互層和砂泥巖為主，不同巖性層具有不同的電性特征，綜觀洼地區(qū)電測(cè)深曲線(xiàn)，若忽略地形及淺部不均勻地質(zhì)體的影響，曲線(xiàn)類(lèi)型基本可歸結(jié)為三大類(lèi)，即HK、QQ和KQ型，其共同特征是曲線(xiàn)尾支均呈下降趨勢(shì)，見(jiàn)圖3、圖4和圖5。

圖3 HK型典型電測(cè)深曲線(xiàn)圖

圖4 QQ型典型電測(cè)深曲線(xiàn)圖

圖5 KQ型典型電測(cè)深曲線(xiàn)圖

HK型(見(jiàn)圖3)：該類(lèi)型曲線(xiàn)主要分布在洼地區(qū)北部的沖洪積戈壁礫石帶，反映地下為四層地電斷面，其層間電性關(guān)系為：ρ1>ρ2<ρ3>ρ4。

QQ型(見(jiàn)圖4)：該類(lèi)型曲線(xiàn)主要分布在洼地中部，現(xiàn)狀多為耕地和林地。該曲線(xiàn)反映地下為四層地電斷面，其層間電性關(guān)系為：ρ1>ρ2>ρ3>ρ4。

KQ型(見(jiàn)圖5)：該類(lèi)型曲線(xiàn)主要分布在洼地區(qū)的東南部，反映地下為四層地電斷面，其層間電性關(guān)系為：ρ1<ρ2>ρ3>ρ4。

從上述典型曲線(xiàn)特征來(lái)看，砂泥巖層為穩(wěn)定的低阻特征，可作為定量解釋的參照層。同時(shí)，根據(jù)工作區(qū)不同部位十字測(cè)深點(diǎn)解釋結(jié)果，中淺部地層巖性存在各向異性，中深部地層各向異性較小，且地層分布均勻穩(wěn)定。

綜合上述資料，取得工作區(qū)200 m深度內(nèi)主要電性層的電性參數(shù)見(jiàn)表2。由表可看出區(qū)內(nèi)卵礫石、砂礫石、粗砂含礫及砂土互層之間電性差異較明顯，為電阻率法劃分地層結(jié)構(gòu)提供了良好的地球物理?xiàng)l件。

表2 調(diào)查區(qū)各電性層的電性參數(shù)表

3.2 成果分析

通過(guò)對(duì)工作區(qū)北部山區(qū)及山前基巖淺埋區(qū)布置的G1、G2、G3、G4等4條高密度電阻率剖面的測(cè)量結(jié)果，見(jiàn)莫合臺(tái)鎮(zhèn)西北蒙戈?duì)柦獪铣錾娇谙掠蜧1和G2剖面高密度電阻率影像圖(圖6)；莫合臺(tái)鎮(zhèn)東北沿額敏-和豐公路(S318省道)進(jìn)山口G3和G4剖面高密度電阻率影像圖(圖7)。

圖6 G1和G2剖面高密度電阻率影像圖

圖7 G3和G4剖面高密度電阻率影像圖

G1剖面垂直于山前北西——南東向蒙戈?duì)柦獪瞎茸呦虿贾?，處于花崗巖體與火山巖的接觸帶,影像圖中紅色為高阻分布，電阻率最高達(dá)上千Ω·m，推斷巖性為漂卵石；藍(lán)色為相對(duì)低阻分布，電阻率250 Ω·m左右，推斷巖性為破碎基巖。綜合剖面電性特征和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果分析， 整個(gè)剖面處于斷層破碎帶上，驗(yàn)證了北西——南東向(莫合臺(tái)東斷裂F1)斷層在該位置客觀存在。

G2剖面位于G1剖面東南部下游，由20個(gè)排列組成，拼接剖面長(zhǎng)3 000 m，由圖可見(jiàn)，剖面淺部分布厚度一般小于15 m的坡積碎石土，其下為硬質(zhì)基巖，在不同地段完整性差異較大。在0～300 m段和 2 000～3 000 m段為紅色高阻分布，電阻率一般大于400 Ω·m，推斷為較完整基巖；在300～2 000 m段，為藍(lán)色的相對(duì)低阻分布，電阻率一般在160 Ω·m左右，推斷巖性為較破碎基巖。由此判斷剖面300～2 000 m段為北西—南東延伸斷裂的破碎帶，其寬度可達(dá)1 700 m。

G3剖面位于東北部基巖山區(qū)S318省道進(jìn)山口、垂直于區(qū)域上額敏—和豐公路(現(xiàn)為S318省道)斷層走向布置，剖面長(zhǎng)600 m，由圖可見(jiàn)，剖面淺部分布厚度一般小于12 m的碎石土，其下為硬質(zhì)基巖(火山巖)分布，在不同地段完整性差異較大。在0～200 m段為紅色高阻分布，電阻率一般大于400 Ω·m，推斷為較完整基巖；在200～600 m段，為藍(lán)色的相對(duì)低阻分布，電阻率一般在160 Ω·m左右，推斷巖性為較破碎基巖。由此證實(shí)，剖面200～600 m段為額敏—和豐公路(現(xiàn)為S318省道)斷層延伸的斷層破碎帶，其破碎帶寬度大于400 m。

G4剖面位于G3剖面的西南部另一沖溝內(nèi)，垂直于F2 斷層走向布置，剖面長(zhǎng)度600 m，由圖可見(jiàn)，剖面淺部分布的沖洪積碎石土，厚度一般小于10 m，其下為硬質(zhì)基巖(火山巖)分布，在400～600 m段為紅色高阻分布，電阻率一般大于400 Ω·m，推斷為較完整基巖；在0～400 m段，為藍(lán)色的相對(duì)低阻分布，電阻率一般在160 Ω·m左右，推斷巖性為較破碎基巖。由此證實(shí)，剖面0～400 m段為受F2斷層影響的斷層破碎帶，破碎帶寬度大于400 m。

在上述工作基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步查明莫合臺(tái)鎮(zhèn)區(qū)扇間洼地區(qū)覆蓋層的總體變化規(guī)律，在洼地區(qū)又布置58個(gè)電測(cè)深散點(diǎn)，并結(jié)合貫穿扇間洼地剖面的電測(cè)深點(diǎn)和鉆孔資料，繪制了洼地區(qū)基巖頂板埋深和基巖頂板高程等值線(xiàn)平面圖(圖8)。

圖8 莫合臺(tái)洼地基巖頂板埋深及高程等值線(xiàn)平面圖

從基巖頂板埋深等值線(xiàn)來(lái)看，埋深等值線(xiàn)基本由北東向南西順向排列，深度由北西向南東方向逐漸變淺。在工作區(qū)西北部基巖埋深最大，可達(dá)200 m以上，向東南方向逐漸變淺，至工作區(qū)中部基巖埋深變?yōu)?60 m左右，到工作區(qū)東北部，基巖埋深100～150 m，到東南部基巖埋藏小于100 m，到南邊界已小于50 m。

從基巖頂板高程等值線(xiàn)來(lái)看,基巖頂板地形存在南高北低、西高東低，在工作區(qū)中部第四系覆蓋物下存在一個(gè)開(kāi)口朝向北東方向的半封閉“U”型洼槽帶，基底最小高程480 m左右，由洼槽向西北、西南、東南三個(gè)方向基底高程逐漸抬升至530 m以上，且在東南區(qū)域基底最大高程達(dá)到600 m。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)根據(jù)本次物探探測(cè)驗(yàn)證，工作區(qū)西北部基巖山區(qū)發(fā)育的布拉特南斷裂，通過(guò)莫合臺(tái)鎮(zhèn)區(qū)西北蒙戈?duì)柦獪铣錾娇谙驏|南延伸，上覆第四系，下伏泥盆系火山巖、火山碎屑巖及華力西期侵入花崗巖體，在完整、較完整狀態(tài)下表現(xiàn)為高阻特征，在斷層發(fā)育地段，由于巖石破碎，裂隙被泥質(zhì)和裂隙水充填，電阻率明顯降低，斷裂破碎帶寬度超過(guò)1 700 m。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和衛(wèi)星遙感影像解譯綜合分析，布拉特南斷裂在山前坡洪積物帶呈隱伏斷裂構(gòu)造存在，其延伸的方向與莫湖臺(tái)東斷裂F1一致。

工作區(qū)東北部基巖山區(qū)發(fā)育的區(qū)域上額敏—和豐公路斷裂，因該斷裂向南西延伸被第四系覆蓋，由高密度影像探測(cè)結(jié)果，其在風(fēng)光伏電站東北斷裂破碎帶寬度超過(guò)400 m，向南西仍呈隱伏狀延伸，到莫合臺(tái)鎮(zhèn)居民區(qū)東側(cè)影像圖上反映較明顯，順北東—南西向地表天然植被呈“S”形發(fā)育，其植被發(fā)育帶寬度在1～7 km，斷裂走向與莫湖臺(tái)斷裂F2一致。

(2)兩斷裂帶在莫合臺(tái)低地交匯，對(duì)該區(qū)三角洼地東西邊界起到控制作用，促使山區(qū)東、西部地下水與洼地地下水的補(bǔ)排關(guān)系更為直接密切，因其補(bǔ)給途徑分別來(lái)自西北水量豐沛區(qū)和東北干旱少雨區(qū)，使洼地區(qū)水質(zhì)變化較為復(fù)雜。

(3)洼地區(qū)基底為第三紀(jì)低阻的砂泥巖地層，受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，基底起伏變化較大，在莫合臺(tái)鎮(zhèn)東北部靠近三角洼地頂部山前扇緣，基底地形存在南高北低、西高東低的半封閉凹槽構(gòu)造特征，從地下水補(bǔ)徑排水文地質(zhì)條件分析半封閉的凹槽構(gòu)造相當(dāng)于地下水儲(chǔ)水構(gòu)造體，有利于地下水流場(chǎng)的靜止緩流，促使沉積作用的加強(qiáng)和水化學(xué)元素的富集。