王文杰，郝一，薄海軍，王海龍，徐浩清，李永利，毛磊，劉永新，袁帥

(中國地質(zhì)調(diào)查局 呼和浩特自然資源綜合調(diào)查中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

包頭市固陽縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市北部，礦產(chǎn)資源豐富，地質(zhì)條件優(yōu)越，是金、鐵多金屬等礦種的主產(chǎn)區(qū)，受工業(yè)發(fā)展及礦產(chǎn)資源開采利用影響，礦集區(qū)內(nèi)土壤及礦山周邊地下水污染相對嚴(yán)重，一定程度上造成了水質(zhì)性缺水，已成為制約全縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生存的一大瓶頸。

本文依托于“包頭市九原區(qū)—達(dá)茂旗礦集區(qū)生態(tài)修復(fù)支撐調(diào)查”項目，該項目采用地面調(diào)查、地球物理勘探、水文地質(zhì)鉆探、水文地質(zhì)試驗，取樣分析等工作手段，根據(jù)礦集區(qū)礦產(chǎn)類型及可能產(chǎn)生地下水污染區(qū)域，重點(diǎn)對固陽縣礦集區(qū)內(nèi)典型的礦山、選廠附近地下水分布、污染情況進(jìn)行研究，其中高密度電法測量是項目任務(wù)的一部分。其工作目的：查清調(diào)查區(qū)的地層層序、巖性、含水層位置、富水程度，查清隱伏儲水構(gòu)造展布方向、富水部位，為鉆孔位置的確定提供地球物理依據(jù)。

高密度電法作為一種有效的地球物理勘探方法，具有施工效率高、成果解釋方便等特點(diǎn)，在地下水資源調(diào)查方面應(yīng)用廣泛，可為尋找地下水確定鉆孔井位提供有效技術(shù)依據(jù)。經(jīng)過多年的應(yīng)用實踐，采用高密度電法勘探技術(shù)進(jìn)行水資源調(diào)查已有不少成功案例。如宋云峰等利用高密度電法在變質(zhì)巖山區(qū)找水取得良好的效果[1]；蘇永軍等利用高密度電法和激發(fā)極化法在河南抗旱找水效果明顯[2]；曹新文等應(yīng)用高密度電法技術(shù)在山東省蓬萊市第四系玄武巖中找水，證明高密度電法在玄武巖區(qū)調(diào)查水資源是一種行之有效的技術(shù)方法[3]；鄭智杰等應(yīng)用高密度電法在巖溶區(qū)識別斷裂破碎帶的位置及發(fā)育方向，在斷裂破碎帶分布范圍或附近找水應(yīng)用效果明顯[4]。

本文采用水文地質(zhì)綜合分析與高密度電阻率法相結(jié)合的方法，通過分析研究區(qū)地質(zhì)地貌、地形以及水文地質(zhì)條件，針對礦集區(qū)內(nèi)不同找水目標(biāo)層的賦水條件，選擇不同的高密度電法裝置進(jìn)行地下水探測，運(yùn)用已知水文地質(zhì)資料與高密度電法測量結(jié)果對比分析，對研究區(qū)內(nèi)儲水條件較好的地下水蓄水區(qū)電性結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，并對成井模式及規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，為水文地質(zhì)鉆孔布設(shè)提供參考依據(jù)。由于依托項目以地下水環(huán)境調(diào)查為主要任務(wù)，找水目標(biāo)區(qū)的選定以礦集區(qū)內(nèi)礦山污染調(diào)查目標(biāo)位置為先決條件，并非以水文地質(zhì)條件為優(yōu)先考慮因素，因此本次找水定井工作區(qū)別于常規(guī)水文地質(zhì)找水工作，需對特定區(qū)域內(nèi)水文條件進(jìn)行綜合分析，具有一定的特殊性與復(fù)雜性。

1 研究區(qū)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

1) 地層。研究區(qū)內(nèi)基底巖石由太古宇的桑干群(Ar1)和五臺群(Ar2)及元古宇的渣爾太群(Pt)的變質(zhì)巖組成。巖層從老至新有震旦系什那干群(Z)，巖性主要由泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、石英巖、硅質(zhì)條帶灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r和板巖等組成，在研究區(qū)中部山區(qū)零星出露；中生界侏羅系中下統(tǒng)(J1-2)山麓堆積碎屑巖層，主要巖性為灰白色細(xì)、中、粗砂巖及灰色頁巖，在研究區(qū)下濕壕東部零星出露；中生界白堊系下統(tǒng)(K1)的紫紅色砂巖、礫巖及泥巖，上部的灰綠色、灰白色砂巖、礫巖及頁巖夾煤層，呈EW方向分布在固陽斷陷盆地；第四系上更新統(tǒng)(Qp)和全新統(tǒng)(Qh)地層廣泛分布于溝谷中。各期侵入巖在本區(qū)內(nèi)均有出露，巖性為灰綠色閃長巖、花崗巖等。

2) 構(gòu)造。研究區(qū)所處大地構(gòu)造單元屬于華北地臺內(nèi)蒙古地軸，地殼構(gòu)造變形強(qiáng)烈，褶皺、斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，研究活動頻繁，分布廣泛。區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)構(gòu)造線走向近EW，主要斷裂構(gòu)造包括公益民—下濕壕大斷裂帶、大青山東西構(gòu)造帶(圖1)[5]，其中公益民—下濕壕大斷裂帶為影響研究區(qū)水文地質(zhì)條件主要構(gòu)造單元，該斷裂分布于公益民—下濕壕山間洼地，主斷隱伏于新生代沉積物之下。

圖1 包頭市固陽縣地質(zhì)構(gòu)造簡圖(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,1988)Fig.1 Geological structure diagram of Guyang, Baotou(Geo-Environment Monitoring Institute of Inner Mongolia, 1988)

1.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)半干旱草原性氣候十分明顯，寒暑氣候之差懸殊，蒸發(fā)量大大超過降水量，表現(xiàn)為典型的大陸性氣候，地下水動態(tài)變化和補(bǔ)給受季節(jié)變化影響大。區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件受區(qū)域自然地理條件及地質(zhì)、地貌、構(gòu)造等因素控制，將整個區(qū)域大體上可分為三類水文地質(zhì)區(qū)[6](圖2)：一為第四系松散巖類孔隙潛水區(qū)，主要分布于局部溝谷，富水性與含水層的厚度、巖性相關(guān)；二為白堊系下統(tǒng)砂巖礫巖孔隙層間承壓水區(qū)；三為基巖裂隙及火成巖碎屑巖裂隙水區(qū)，主要分布于基巖出露區(qū)，含水層富水性受地質(zhì)構(gòu)造、裂隙、節(jié)理發(fā)育程度影響，富水性差異較大。

圖2 包頭市固陽縣水文地質(zhì)分區(qū)(內(nèi)蒙古自治地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,1988)Fig.2 Hydrogeological zoning map of Guyang, Baotou(Geo-environment monitoring institute of Inner Mongolia, 1988)

研究區(qū)內(nèi)含水巖組如表1所示[6]。主要含水層包括Qh、Qp孔隙潛水含水層、上新統(tǒng)(N2)不連續(xù)砂礫巖含水層、白堊系下統(tǒng)(K1)不連續(xù)砂礫巖含水層及侏羅系火山碎屑巖含水體以及元古宇、太古宇變質(zhì)巖系裂隙水含水巖系。區(qū)內(nèi)地下水動態(tài)、成因及補(bǔ)給條件均以大氣降水為主要因素，水位變化亦與降水季節(jié)有密切的關(guān)系，區(qū)內(nèi)潛水補(bǔ)給、徑流、排泄條件相對較好，水交替強(qiáng)烈；承壓水循環(huán)條件較差，隨含水層深度和封閉性增加，地下水循環(huán)變?nèi)?。整體來講，中低山、丘陵區(qū)為研究區(qū)地下水補(bǔ)給區(qū)，公益民—下濕壕地區(qū)為地下水徑流排泄區(qū)。潛水由四周山間溝谷匯集，流入河谷地帶，然后沿著河谷向區(qū)外排泄出去，承壓水主要接受山區(qū)基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給、上游地帶徑流補(bǔ)給，以地下徑流和人工開采方式排泄。

表1 研究區(qū)含水巖層

1.3 地球物理特征

研究區(qū)屬于典型的山區(qū)丘陵地貌，區(qū)內(nèi)第四系覆蓋面積較大，基巖零星出露。為研究不同地層巖石電阻率特征，采集區(qū)內(nèi)不同巖性巖石標(biāo)本300塊，標(biāo)本規(guī)格6 cm×6 cm×6 cm，硫酸銅溶液浸泡24 h后自然風(fēng)干，采用加拿大SCIP巖石電物性測量儀對標(biāo)本電阻率進(jìn)行測定，區(qū)內(nèi)主要地層巖石視電阻率參數(shù)統(tǒng)計見表2。

由表2可知，研究區(qū)內(nèi)各時代同類型沉積巖視電阻率基本相近，但同時代不同巖性之間電阻率差異明顯，如白堊系砂礫巖為中高阻，平均電阻率在360 Ω·m；白堊系細(xì)砂、粉砂巖為高阻，平均電阻率830 Ω·m以上；白堊系粉砂質(zhì)泥巖表現(xiàn)為低阻，平均電阻率為50 Ω·m左右。此外，巖石是否含水對電阻率影響較大，如中太古界烏拉山巖群片麻巖巖組為高阻，平均視電阻率1 000～1 500 Ω·m，但巖體破碎充水后視電阻率表現(xiàn)為低阻，平均電阻率為200 Ω·m。因此測區(qū)內(nèi)各時代地層巖性之間電阻率差異相對明顯，具備開展電法勘探工作的地球物理前提。

表2 研究區(qū)主要地層巖石視電阻率參數(shù)

2 工作方法技術(shù)

2.1 勘探方法原理

高密度電阻率法是集測深和測線法于一體的一種多種裝置、多極距的組合方法，其基本原理與傳統(tǒng)的直流電阻率法完全相同，屬于一種陣列勘探方法。野外測量只需將全部電極開關(guān)置于測點(diǎn)上，利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測儀便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集，具有操作簡便、施工效率高、成本低、信息豐富的特點(diǎn)。

圖3為高密度電法的裝置示意圖，數(shù)據(jù)采集過程中，多路電極轉(zhuǎn)換器通過轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)采集層數(shù)、改變供電電極和接收電極之間的距離，完成由淺到深的電阻率測量，從而最終完成整條測線的數(shù)據(jù)采集。

圖3 高密度電法勘探系統(tǒng)示意Fig.3 Schematic diagram of multielectrode resistivity exploration system

2.2 儀器設(shè)備與參數(shù)選擇

野外數(shù)據(jù)采集采用美國AGI公司SUPERSYING/R8電法儀，該儀器可以同時采集8個通道數(shù)據(jù)，共有電極56根，支持最大點(diǎn)距20 m，探測深度150 m左右；數(shù)據(jù)采集設(shè)置供電時間為1.2 s，重復(fù)觀測2次，重復(fù)誤差小于3%。數(shù)據(jù)處理采用儀器配套EarthImager2D軟件，可支持帶地形正反演計算，數(shù)據(jù)處理流程包括數(shù)據(jù)預(yù)處理(壓制最小電壓、剔除超過設(shè)置的最大重復(fù)誤差、最小視電阻率值的干擾數(shù)據(jù))、帶地形2D反演擬合(采用阻尼最小二乘反演方法，通過均方誤差RMS數(shù)值評價反演精度)、數(shù)據(jù)成圖等[7-10]。

根據(jù)依托項目的研究目標(biāo)區(qū)域，確定在礦集區(qū)內(nèi)文圪氣鐵礦南選礦廠、鴻昌選廠、上十二份子金礦周邊開展高密度電法測量工作，在充分踏勘以及資料研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)研究目標(biāo)區(qū)的水文地質(zhì)、地形地貌、人文干擾情況，共布設(shè)高密度電法測線3條，其中文圪氣鐵礦南選礦廠以南至石家渠村布設(shè)測線1條(GMP001)，鴻昌選廠南三成仁壕村布設(shè)測線1條(GMP002)，上十二份子金礦以南至上十二份子村布設(shè)測線1條(GMP003)。

野外實際探測過程中，高密度裝置的選擇合適與否，直接關(guān)系到是否能夠探測出目標(biāo)體所反映出的異常。故根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)資料，對各高密度測線的找水目標(biāo)層及地下水類型賦存狀態(tài)進(jìn)行綜合研究，同時兼顧工作區(qū)地形地貌、地質(zhì)體的橫向和垂向變化以及野外工作效率[11-15]，對3條高密度電法測線的裝置類型進(jìn)行了選定，如表3所示。

表3 高密度電法測線測量裝置類型

3 應(yīng)用實例

3.1 文圪氣鐵礦南選礦廠西南—石家渠村 (GMP001)

文圪氣鐵礦南選廠西南—石家渠村布設(shè)高密度電法測線1條(圖4)，根據(jù)水文地質(zhì)分區(qū)，測線位于白堊系下統(tǒng)砂礫巖孔隙層間承壓水區(qū)，測線地表處第四系覆蓋嚴(yán)重，為沖洪積松散層，由洪積(沖積、坡積)黃土狀黏土、粉質(zhì)黏土構(gòu)成，地勢較為平坦，受到人文因素影響，地表壓實嚴(yán)重；第四系之下為古近系砂礫巖砂質(zhì)泥巖互層；古近系之下為白堊系固陽組，該組地層為塊狀礫巖、砂巖互層，具有良好的賦水條件，為本測區(qū)找水目標(biāo)層。

圖4 包頭市固陽縣文圪氣鐵礦南選礦廠、鴻昌選礦廠測區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖及工作部署范圍Fig.4 Regional geological map and work deployment area of South Concentrator of Wengeqi Iron Mine and Hongchang Concentrator

3.1.1 高密度電法資料分析

GMP001測線方位角44°，測線長1 035 m，電極距15 m，布設(shè)電極數(shù)70道，采集層數(shù)18層。經(jīng)過對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,采用阻尼最小二乘反演方法進(jìn)行帶地形二維反演，繪制了高密度電法反演電阻率斷面(圖5)。由圖可知該測線地下深部視電阻率基本呈“層狀”，局部層位有錯斷不連續(xù)現(xiàn)象，按照視電阻率分布規(guī)律，總體上測線探測深度150 m范圍可分為四個電性層：

圖5 GMP001綜合斷面Fig.5 GMP001 comprehensive section

1) 第一電性層：H1高阻層。視電阻率變化范圍110～2 000 Ω·m，分布深度范圍小于20 m，層厚不均勻分布，電阻率整體較高，推測為第四系礫石、沙土及回填土石，測線地表處人文改造較為嚴(yán)重，地表壓實不均勻，導(dǎo)致視電阻率不均勻。

2) 第二電性層：L1低阻層。視電阻率表現(xiàn)為相對低阻異常，電阻率范圍15～100 Ω·m，向大號方向連續(xù)性逐漸變差，出現(xiàn)零星低阻異常圈閉區(qū)，異常分布深度范圍為20～80 m，平均層厚30 m，推測為砂礫巖(含水)或泥質(zhì)含量相對較高的泥質(zhì)粉砂巖、泥巖夾層，為尋找潛水有利層位。

3) 第三電性層：H2相對高阻層。視電阻率表現(xiàn)為中高阻，電阻率范圍為150～1 000 Ω·m，分布深度范圍40～80 m，推測為粉砂巖、含礫細(xì)砂巖。向大號方向連續(xù)性變差， 分別于300～550 m、645～750 m異常段之間出現(xiàn)2處明顯高阻圈閉異常，且圈閉異常有明顯錯動位移，推測兩個圈閉異常之間存在一條局部隱伏斷裂(F1)，斷裂傾向往大號方向，推測斷層傾角約30°～50°。

4) 第四電性層：L1相對低阻層。視電阻率表現(xiàn)為低阻，電阻率范圍為10～100 Ω·m，分布深度范圍85～150 m，推測為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，向大號方向連續(xù)性變差，分別于380～515 m、600～8 25異常段之間出現(xiàn)2處明顯低阻圈閉異常，受推測斷層F1影響，與第二層低阻異常有聯(lián)通趨勢，推測構(gòu)造附近巖石破碎程度較高，裂隙較發(fā)育，為承壓水找水有利區(qū)。

3.1.2 成井模式探討

根據(jù)高密度電法反演電阻率斷面分析結(jié)果，結(jié)合測線處水文地質(zhì)情況，對該測線地質(zhì)解釋如圖6。測線巖層基本呈“層狀”，局部層位受斷裂構(gòu)造影響，巖層錯斷破碎，為地下水貯存提供賦水空間；第二層含礫砂巖或泥質(zhì)粉砂巖、泥巖夾層孔隙度較小，含水性較差；第三層含礫細(xì)砂巖—第四層泥巖粉砂質(zhì)泥巖之間(電阻率特征表現(xiàn)為低阻—高阻過渡帶)具備較好的賦空間，同時受斷裂構(gòu)造影響，斷裂>附近巖石相對較破碎，且斷裂為含水層位提供了補(bǔ)水通道[16]，因此推測兩個層位之間過渡段為含水層位，但含水層水平方向連通性較差，橫向封閉。基于以上分析，建議鉆孔布設(shè)在708 m測點(diǎn)位置，抽取該點(diǎn)處電阻率測深曲線如圖6a，在D深度=80～120 m間，曲線處于低阻—高阻過渡帶，推測為含水層位深度，根據(jù)經(jīng)驗系數(shù)(一般取0.8～0.9)[17-26]，本區(qū)取0.9，經(jīng)深度校正后推測該段含水深度為72～108 m。

圖6 預(yù)選井位高密度電法反演電阻率測深曲線與推測巖性垂向分布Fig.6 High-density inversion resistivity sounding curve of selected well

3.1.3 鉆探與測井驗證

SZK001實際鉆探深度為150.1 m，靜止水位埋深10.38 m，單井涌水量15.51 m3/h，含水帶厚度63 m，鉆孔揭露地層為：新生界第四系砂卵礫石層及侏羅系五當(dāng)溝組粉砂巖、泥巖等組成(見表4)。根據(jù)綜合測井與抽水試驗，84.02～96.42 m、118.91～130.10 m、136.58～189.20 m為主要含水層位，屬孔隙裂隙承壓水，富水性較強(qiáng)，該水井位置、出水層位滿足文圪氣鐵礦周邊地下水環(huán)境調(diào)查目標(biāo)需求。

表 4 SZK001鉆孔巖性

3.2 鴻昌選廠南—三成仁壕村(GMP002)

鴻昌選廠南—三成仁壕村布設(shè)高密度電法測線1條(圖4)，根據(jù)水文地質(zhì)分區(qū)，測線位于白堊系下統(tǒng)砂礫巖孔隙層間承壓水水文地質(zhì)區(qū)，測線方向地表無基巖出露，多被農(nóng)田土壤覆蓋，525 m點(diǎn)位于高速水泥橋洞，數(shù)據(jù)處理時已對該點(diǎn)數(shù)據(jù)做標(biāo)注。

3.2.1 高密度電法資料分析

GMP002測線方位角34°，測線長1 005 m，電極距15 m，布設(shè)電極數(shù)68道，采集層數(shù)18層。經(jīng)過對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和帶地形二維反演繪制了高密度電法反演電阻率斷面(圖7a)。

由高密度電法反演電阻率斷面圖(圖7a)可知，GMP002視電阻率整體較小，變化范圍5～176 Ω·m，呈“層狀”展布，水平方向上視電阻率相對均勻，橫向連續(xù)性較好，縱向視電阻率由淺到深逐漸增大，結(jié)合研究區(qū)電性參數(shù)特征，測線探測深度150 m范圍內(nèi)可以劃分為4個電性層：

圖7 GMP002綜合斷面Fig.7 GMP002 comprehensive section

1) 第一電性層：H1中高阻層。視電阻率相對較高，變化范圍30～43 Ω·m，層厚分布不均勻，分布深度范圍小于15 m，推測為第四系粗砂、礫石、黏土層，測線525 m后為灌澆農(nóng)田，受地表水影響，淺表處零星出現(xiàn)相對低阻。

2) 第二電性層：L1低阻層。視電阻率相對較低，變化范圍11～30 Ω·m，橫向連續(xù)性較好，向大號方向厚度有增大趨勢，分布深度范圍為15～70 m，推測為砂質(zhì)泥巖、頁巖，整體泥質(zhì)含量較高。

3) 第三電性層：H2相對高阻層。視電阻率相對較高，變化范圍為20～40 Ω·m，表現(xiàn)為中高阻異常，分布深度范圍70～95 m，平均層厚約30 m，推測為砂礫巖、粗砂巖，為含水層。

4) 第四電性層：H3高阻層。視電阻率較高，大于70 Ω·m，表現(xiàn)為高阻異常，分布深度范圍95～150 m，推測為一套細(xì)砂巖—中砂巖的砂巖組合。

3.2.2 成井模式探討

GMP002測線地電斷面綜合解釋如圖7b。整體上視電阻率特征與巖層對應(yīng)性較好，第二電性層古近系(E)粉砂質(zhì)泥巖、第四電性層白堊系固陽組(K1g)細(xì)砂—粉砂巖具有孔隙度小、滲透性差的特點(diǎn)，為良好的隔水層；第三電性層古近系(E)砂礫巖及白堊系固陽組(K1g)粗砂巖，孔隙度大，推測為含水層，含水層水平方向較為均勻，連續(xù)性好?；谝陨戏治?，可以將視電阻率由低—高變化過渡區(qū)作為本測線找水電性標(biāo)志，結(jié)合測線視電阻率分布規(guī)律，建議鉆孔布設(shè)在645 m測點(diǎn)，抽取645 m處高密度電法反演電阻率測深曲線如圖6b，在D深度=68～109 m間，曲線處于低阻—高阻過渡帶，為含層位，根據(jù)含水層埋深經(jīng)驗公式，取深度校正經(jīng)驗值為 0.9，經(jīng)深度校正后推測含水深度為：61.2～98.7 m(承壓水含水層)。

3.2.3 鉆探與測井驗證

SZK002實際鉆探深度為150.2 m，靜止水位埋深69.66 m，單井涌水量17.1 m3/h，含水帶厚度 38.68 m。鉆孔揭露地層為：第四系黏土、砂及砂礫及古近系泥質(zhì)粉砂巖及泥巖互層、砂礫巖，白堊系固陽組粗砂巖、中砂巖、粉砂巖(見表5)。根據(jù)綜合測井與抽水試驗，68.00～72.04 m、77.27～93.28 m為主要含水層位，屬孔隙裂隙承壓水，含水段與高密度電法推測結(jié)果吻合較好，該水井位置、出水層位可滿足宏昌選廠周邊地下水環(huán)境調(diào)查目標(biāo)需求。

表5 SZK002鉆孔巖性

3.3 上十二份子金礦東南側(cè)上十二份子村 (GMP003)

上十二份子金礦東南側(cè)上十二份子村布設(shè)高密度電法測線1條(圖8)，根據(jù)水文地質(zhì)分區(qū)，測線位于基巖裂隙及火成巖碎屑巖裂隙水區(qū)，測線北側(cè)(大號方向)高山出露深色片麻巖，南側(cè)地勢低洼處為沖洪積松散層，由洪積(沖積、坡積)礫石、黏土構(gòu)成，部分洼地處地形切割較嚴(yán)重，地表雨水聚集；測線穿過一條已知斷層，為本測區(qū)找水有利地段。

圖8 包頭市固陽縣十二分子金礦測區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖及工作部署范圍Fig.8 Regional Geological Map and Work Deployment Scope of ShangShiErFenZi gold mine

3.3.1 高密度電法資料分析

GMP003測線方位角43.8°，測線長825 m，電極距15 m，布設(shè)電極數(shù)56道，采集層數(shù)18層。分別采用偶極—偶極裝置、溫納裝置對視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和帶地形二維反演繪制了高密度電法反演電阻率斷面(圖9a、b)。

采用不同裝置類型測量反演結(jié)果的視電阻率分布情況及展布趨勢相近，但溫納裝置測量結(jié)果在縱向可更好地對視電阻率變化進(jìn)行區(qū)分，而偶極—偶極裝置測量結(jié)果對視電阻率橫向變化刻畫更加精細(xì)，因此綜合二者優(yōu)勢進(jìn)行分析，采用溫納裝置測量結(jié)果對異常進(jìn)行劃區(qū)，采用偶極—偶極測量結(jié)果對局部變化特征進(jìn)行刻畫。

總體上GMP003視電阻率橫向上存在兩個明顯視電阻率圈閉區(qū)，高低阻圈閉區(qū)之間有電阻率值突變，可確定測線0～475 m和475～800 m異常段之間存在一條局部斷層，傾向往大號方向，斷層傾角約35°～60°。結(jié)合研究區(qū)電性參數(shù)特征，測線探測深度150 m范圍內(nèi)可以劃分為3個電性區(qū)：

1) 第一電性區(qū)：L1低阻異常帶。覆蓋于測線表層，厚度約10 m以淺，該層電阻率整體相對較低，變化范圍40～200 Ω·m，推測為第四系礫石、黏土層，層厚分布不均勻，北側(cè)局部受雨水滲透影響，淺表處零星出現(xiàn)相對低阻。

2) 第二電性區(qū)：H1相對高阻異常區(qū)。位于測線段0～475 m，視電阻率相對較高，異常閉合，電阻率變化范圍150～600 Ω·m，分布深度范圍為15～80 m，近水平覆蓋于低阻異常區(qū)L2之上，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)情況及電性資料，結(jié)合野外實際巖石露頭情況，推測為中生代淺色片麻巖巖組。

3) 第三電性區(qū)：L2相對低阻異常區(qū)。位于測線段475～800 m，視電阻率相對較低，電阻率變化范圍為50～90 Ω·m，分布深度范圍15～150 m，被覆蓋于相對高阻異常區(qū)H1之下。由圖9a、圖9b可知，測線475 m處L2異常區(qū)存在一條明顯的異常不連續(xù)帶，結(jié)合該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造情況，推測為一條局部斷層，傾向往大號方向，斷層傾角約35°～60°；根據(jù)地表基巖出露情況，推測本電性區(qū)為中生代深色片麻巖組，由于受構(gòu)造影響，地表水沿構(gòu)造裂隙向下滲透，使得整體電阻率較低。

圖9 GMP003綜合斷面Fig.9 Comprehensive cross section of GMP003

3.3.2 成井模式探討

GPM003地質(zhì)解釋如圖9c。中太古界淺色片麻巖(Ar2ls)覆蓋于深色片麻巖組(Ar2dg)之上，受構(gòu)造應(yīng)力影響，深部深色片麻巖體被錯斷，斷層上下盤裂隙均較為發(fā)育，斷層上盤向上運(yùn)動后經(jīng)風(fēng)化剝蝕覆蓋于第四系地層之下，因此推測北側(cè)淺色片麻巖體深部風(fēng)化程度較高，具有一定儲水條件，為尋找潛水有利區(qū)；考慮到片麻巖組發(fā)育原生片麻理，同時巖體受構(gòu)造影響，裂隙、節(jié)理發(fā)育，因此下盤深部深色片麻巖具備較好的儲水性；斷裂破碎帶為上下盤片麻巖體含水層提供了補(bǔ)水通道，因此靠近斷層破碎帶其含水性越強(qiáng)?；谝陨戏治?，建議鉆孔布設(shè)在475 m測點(diǎn)，抽取475 m點(diǎn)位處電阻率測深曲線如圖6c，由于點(diǎn)位處巖性為相同的深色片片麻巖組，故可以認(rèn)為電阻率過渡帶(轉(zhuǎn)折帶)為含水標(biāo)志層位，在D深度=10～25 m、78～115 m間，曲線處于低阻—高阻過渡帶，推測為含水層位深度，根據(jù)含水層埋深經(jīng)驗公式，取深度校正經(jīng)驗值為0.9，經(jīng)深度校正后推測含水深度為：9～22.5 m(潛水含水層)，70.2～103.5 m(承壓水含水層)。

3.3.3 鉆探與測井驗證

SK003實際鉆探深度為150.2 m，靜止水位埋深8.05 m，單井涌水量6.72 m3/h。鉆孔穿透推測斷層上盤，揭露地層為：第四系礫石土，新生界第四系及中太古界烏拉山巖群深色片麻巖巖組，主要巖性：鉀長淺粒巖、黑云角閃斜長片麻巖、角閃二長片麻巖等(見表6)，鉆孔深度18～24 m見斷層破碎帶，根據(jù)綜合測井與抽水試驗，72.28～86.55 m、92.76～97.75 m、105.28～109.55 m為主要含水層位，含水層位裂隙發(fā)育，屬裂隙承壓水，含水段與高密度電法推測結(jié)果吻合較好，該水井位置、出水層位可滿足上十二份子選廠周邊地下水環(huán)境調(diào)查目標(biāo)需求。

表6 SZK003鉆孔巖性

4 結(jié)論

本文對包頭市固陽縣礦集區(qū)高密度電法找水定井實例進(jìn)行了分析，建立了一套“水文地質(zhì)研究確定找水目標(biāo)—不同裝置類型高密度電法數(shù)據(jù)采集—物探與地質(zhì)綜合分析”的工作流程，有效地揭示了找水目標(biāo)區(qū)內(nèi)地層、地質(zhì)構(gòu)造以及地下水賦存的具體形態(tài)，物探綜合解釋結(jié)果與鉆探驗證結(jié)果吻合度較高，說明應(yīng)用高密度電法在礦集區(qū)找水定井是行之有效的，可以得到以下結(jié)論：

1) 應(yīng)用高密度電法在沉積環(huán)境相對穩(wěn)定、地勢平坦、水文條件相對簡單的沉積巖區(qū)找水，不可絕對地認(rèn)為低阻異常為賦水巖層的地球物理標(biāo)志，要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、物性特征、水文地質(zhì)情況確定區(qū)域含水層位置和厚度，建立“先驗信息”，排除非含水層低阻異常干擾，從而提高找水井位準(zhǔn)確度。

2) 應(yīng)用高密度電法在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的基巖地區(qū)找水，由于富水地段主要受構(gòu)造控制，含水層復(fù)雜，變化較大，應(yīng)結(jié)合水文地質(zhì)條件與斷裂構(gòu)造等地質(zhì)信息，充分分析視電阻率異常與富水地段、構(gòu)造之間的關(guān)系，可采用溫納裝置與偶極—偶極裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，提高數(shù)據(jù)縱、橫向分辨率，進(jìn)一步確認(rèn)賦水性及擬定井位和深度。

3) 本次高密度電法測量取得的地球物理資料，可為包頭市固陽縣礦集區(qū)內(nèi)找水定井工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考，同時本文提及的工作流程也可作為研究區(qū)水文地質(zhì)研究的工作手段，具有一定的借鑒意義。

4) 本文采用單一的物探方法具有一定的局限性，建議采用多種地球物理手段，充分發(fā)揮各種物探方法本身的優(yōu)勢，多參數(shù)綜合分析，可進(jìn)一步提高定井效率和成功率，以期產(chǎn)生較好的應(yīng)用效果。