張贊萍，狄紅偉

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 451464)

目前，用于找水的綜合物探法越來越多樣化，同時(shí)，各個(gè)貧水山區(qū)地質(zhì)條件存在一定的差異，如果僅僅采用單一的物探法，很難全面認(rèn)識(shí)地質(zhì)內(nèi)部構(gòu)造，不利于地下水資源的偵查，因此，為了彌補(bǔ)單一物探法的局限性，實(shí)現(xiàn)不同物探法的優(yōu)化組合，如何將綜合物探法科學(xué)應(yīng)用于貧水山區(qū)找水領(lǐng)域中，是相關(guān)人員必須思考和解決的問題。

1 水文地質(zhì)及地球物理特征

1.1 水文地質(zhì)條件

測(cè)區(qū)總體地勢(shì)呈現(xiàn)出中間低、四周高特征，地形高程通常在285～460 m之間，因此，該地形屬于構(gòu)造地帶，具有一定的侵蝕性和剝蝕性。在地表分水嶺附近，水體逐漸向北東方向流去，水體總體匯集量達(dá)到了5.5 L/s。工作區(qū)附近的水系沒有出現(xiàn)發(fā)育現(xiàn)象，僅僅經(jīng)過季節(jié)性小溪，沒有其他地表河流。測(cè)區(qū)地層包含兩種疊系，一種是三疊系，另一種是二疊系，其中，三疊系主要以大冶組灰?guī)r為主，二疊系主要包含大隆組硅質(zhì)巖、龍?zhí)督M砂頁巖和孤峰組硅質(zhì)巖，其中，龍?zhí)督M砂頁巖大面積暴露在各個(gè)工作區(qū)的中部，與孤峰組硅質(zhì)巖之間存在一定的斷層接觸關(guān)系，同時(shí)，孤峰組硅質(zhì)巖具有產(chǎn)狀變化量大、裂縫水資源含量少等特征，因此，該巖石屬于隔水層；棲霞組灰?guī)r分布的地區(qū)主要以工區(qū)南部為主，與孤峰組硅質(zhì)巖相接觸，因此，該灰?guī)r屬于含水層，整體傾角在6°～22°之間，另外，在工區(qū)中部地帶，含有大量的灰?guī)r，其埋藏深度存在一定的差異性。此外，水文地質(zhì)在內(nèi)部構(gòu)造方面，除了含有西北角斜層外，還含有斷裂層，為后期更好地控制和調(diào)整巖石的傾角，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)斷層的科學(xué)控制打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 地球物理特征

測(cè)區(qū)不同巖石電阻率如表1所示，從表中的數(shù)據(jù)可以看出，該巖石電阻率的電性特征為：棲霞組灰?guī)r和馬坪組白云質(zhì)灰?guī)r均屬于高阻，這兩種類型的灰?guī)r平均電阻率均達(dá)到了2 000Ω·m以上；大冶組灰?guī)r和孤峰組硅質(zhì)巖均屬于中高阻[1]，其平均電阻通常在1 000～1 500 Ω·m；大隆組硅質(zhì)巖屬于中低阻，其平均電阻率達(dá)到了540 Ω·m；龍?zhí)督M砂頁巖屬于低阻，其平均電阻率在100 Ω·m以下，由此可見，地層巖石不同，其表現(xiàn)的電性也存在一定的差異，這為后期更好地偵探地球物理特性打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過綜合分析后，發(fā)現(xiàn)本次綜合物探工作在開展的過程中，要以使用孤峰組硅質(zhì)巖和棲霞組灰?guī)r為主[2]，通過綜合運(yùn)用高密度電阻率法、激電測(cè)深法和音頻大地電磁測(cè)深法，以達(dá)到快速尋找地下碎帶和巖溶發(fā)育帶的目的，為后期順利找出和使用地下水資源，提高地下水資源的利用率發(fā)揮出重要作用。

表1 測(cè)區(qū)不同巖石電阻率

2 工作技術(shù)方法

測(cè)線數(shù)量達(dá)到了三條，垂直地層主要借助賦水構(gòu)造優(yōu)勢(shì)，按照特定的順序，依次穿過以下三種地層，分別是6號(hào)線的龍?zhí)督M地層、8號(hào)線的孤峰組地層和10號(hào)線的棲霞組地層。各條測(cè)線之間的間距為200 m，同時(shí)還要將點(diǎn)距和方位角分別設(shè)置為15 m和132°。首先，在綜合考慮地下裂縫發(fā)育程度、地表分布特征的基礎(chǔ)上，通過充分利用數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[3]，同時(shí)，還要利用施倫貝爾裝置，采用高密度電阻率法，完成相應(yīng)的測(cè)量。其次，還要利用二維反演程序，采用最小二乘法，對(duì)其進(jìn)行反演處理，此外，為了進(jìn)一步提高反演處理效率和效果，還要采用反復(fù)迭代法[4]，盡可能縮小約束均方誤差，以達(dá)到有效控制電阻測(cè)量結(jié)果的精確性和真實(shí)性，以保證最終的測(cè)量結(jié)果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，只有這樣，才能形成系統(tǒng)、完善的反演電阻率斷面體系。另外，為了充分發(fā)揮和利用綜合物探法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[5]，相關(guān)人員還要在保證高密度電阻率測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，將激電測(cè)深法應(yīng)用于貧水山區(qū)找水領(lǐng)域中，并將點(diǎn)距和供電極距分別設(shè)置為30 m和500 m，同時(shí)，還要將觀測(cè)時(shí)間和供電周期分別設(shè)置為200 ms和16 s，以達(dá)到充分利用相關(guān)參數(shù)，解決低阻異常問題，為后期開展測(cè)量結(jié)果定性分析工作提供重要的依據(jù)和參考。在此基礎(chǔ)上，還要將水文地質(zhì)工作落實(shí)到位，嚴(yán)格按照由表及里、循序漸進(jìn)的順序，充分利用音頻大地電磁測(cè)深法，完成對(duì)中深部空間的科學(xué)化、規(guī)范化測(cè)量，這樣一來，不僅有效地驗(yàn)證了淺部異常特征的可靠性和穩(wěn)定性，還有效地彌補(bǔ)了常規(guī)電法的局限性，為提高深度測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性和全面性發(fā)揮出重要作用。另外，相關(guān)人員還要使用工作儀器，將成像觀測(cè)系統(tǒng)的觀測(cè)模式設(shè)置為標(biāo)量模式，同時(shí)，還要將點(diǎn)距、電偶極距和測(cè)頻段分別設(shè)置為30 m、32 m和100 000 HZ，最后，還要使用Procsamt軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)文件信息的收集和整理，為后期更好地剔除和簡(jiǎn)化個(gè)別突變數(shù)據(jù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，為了充分發(fā)揮和利用中值濾波法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，相關(guān)人員還要采用靜態(tài)位移法，對(duì)二維帶地形進(jìn)行反演處理，為后期解決貧水山區(qū)居民飲水問題，提高地下水資源的利用率產(chǎn)生積極的影響。

3 成果解釋

3.1 高密度電阻率法

工作區(qū)3條測(cè)線的高密度電阻率法二維反演斷面如圖1所示，從圖中可以看出，6號(hào)線的龍?zhí)督M地層、8號(hào)線的孤峰組地層和10號(hào)線的棲霞組地層的平均電阻率低于100 Ω·m，低阻巖石具有電阻率變化穩(wěn)定特征，通過綜合考慮地表特征以及各個(gè)巖石電性特征，可以精準(zhǔn)地推斷和判定龍?zhí)督M頁巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為后期更好地尋找和使用地下水資源創(chuàng)造良好的條件。另外，位于東南段的巖石平均電阻率普遍較高，這是由于上覆孤峰組和棲霞組灰?guī)r之間發(fā)生了一系列的綜合反應(yīng)。另外，三條測(cè)線的地下深埋深度在20～60 m之間[6]，表現(xiàn)出了一定的低阻異常問題，異常阻值小于200 Ω·m，同時(shí)，在平面位置處，三條測(cè)線呈現(xiàn)出的分布形狀為帶狀，并在兩側(cè)高阻之間的浮動(dòng)。另外，當(dāng)出現(xiàn)電阻異常值時(shí)，相關(guān)人員要使用孤峰組硅質(zhì)巖，將水平投影距離設(shè)置為100 m，從而有效地解決地表斷裂問題，同時(shí)，還要將三條測(cè)線的整體曲度設(shè)置為77°，傾斜方向設(shè)置為北面，傾角設(shè)置為82°。

圖1 工作區(qū)3條測(cè)線的高密度電阻率法二維反演斷面

3.2 激電測(cè)深法

在使用激電測(cè)深法的過程中，為了找出地下水資源，相關(guān)人員要在綜合考慮高密度電阻率法測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上，選出10號(hào)線棲霞組地層測(cè)段，測(cè)段長(zhǎng)度達(dá)到了375～645 m，工作區(qū)10線激電測(cè)深視電阻率(上)、視極化率(下)斷面如圖2所示。從圖中可以看出，低阻分布特征滿足高密度電阻測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，同時(shí)，還要根據(jù)電阻率差異變化特征，科學(xué)控制和調(diào)整高極化閉合特征，確保異常呈現(xiàn)出帶狀分布特征，并在615 m位置處，科學(xué)調(diào)整背景值，確保正整體顏色的鮮明性。由此可見，導(dǎo)致高極化異常問題出現(xiàn)的原因是巖溶裂縫和擴(kuò)物質(zhì)填充。由此可見，激電測(cè)深法具有非常高的有效性和可靠性，通過利用該方法，。不僅有利于快速地尋找地下水資源，滿足貧水山區(qū)居民飲水需求，還能實(shí)現(xiàn)高地下水資源的循環(huán)利用，為解決貧水山區(qū)水資源短缺問題提供了重要的技術(shù)手段，因此，關(guān)于這一方法的運(yùn)用一定要引起相關(guān)人員的關(guān)注和重視。

圖2 工作區(qū)10線激電測(cè)深視電阻率(上)、視極化率(下)斷面

3.3 音頻大地電磁測(cè)深法

通過采用音頻大地電磁測(cè)深法所獲得的測(cè)量結(jié)果如圖3所示，從圖3中可以看出，在海拔為470～530 m的測(cè)段中，出現(xiàn)高阻閉合現(xiàn)象，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是孤峰組硅質(zhì)巖，另外，在生馬坪組白云灰?guī)r的不良影響下，剖面南部呈現(xiàn)出大面積高阻現(xiàn)象，但是，在海拔為375～678 m之間，出現(xiàn)大面積低阻現(xiàn)象，同時(shí)，在斷層結(jié)構(gòu)附近位置，兩側(cè)裂縫出現(xiàn)較為明顯的發(fā)育現(xiàn)象，為后期更好地尋找地下水資源創(chuàng)造良好的條件。另外，在音頻大地電磁測(cè)深法的應(yīng)用背景下，相關(guān)人員還要綜合考慮貧水山區(qū)地表地貌特征，確保地下水資源開采的效率和效果，只有這樣，才充分發(fā)揮和利用音頻大地電磁測(cè)深法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，解決貧水山區(qū)居民用水問題，為促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展發(fā)揮出重要作用。

圖3 測(cè)區(qū)10線音頻大地電磁測(cè)深二維反演電阻率斷面(上)及地質(zhì)推斷解釋(下)

4 鉆孔驗(yàn)證

通過運(yùn)用以上物探法，發(fā)現(xiàn)貧水山區(qū)出現(xiàn)的根本原因是斷裂構(gòu)造不良影響所導(dǎo)致的，同時(shí)，為了尋找更多的富水地段，找出更多的水資源，相關(guān)人員還要重視鉆孔驗(yàn)證工作的有效落實(shí)。為此，要針對(duì)地表內(nèi)部斷裂程度推測(cè)結(jié)果，嚴(yán)格按照特定的順序，在指定的位置布設(shè)三個(gè)鉆孔，三個(gè)鉆孔分別為ZK01、ZK02、ZK03，并對(duì)最終的布設(shè)效果進(jìn)行一一驗(yàn)證。其中，ZK01鉆孔主要位于地表附近，孔深達(dá)到了150.5 m，同時(shí)，還出現(xiàn)了地表斷裂現(xiàn)象，這說明該孔的填充效果較好。而ZK02鉆孔和ZK03鉆孔分別布設(shè)在孤峰組硅質(zhì)巖的斷裂位置處，ZK02孔深達(dá)到了114.3 m，所含的水巖組主要以棲霞組灰?guī)r為主，ZK03鉆孔深達(dá)到了110.2 m，所含的水巖組主要以孤峰組硅質(zhì)巖為主，縱觀抽水試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，ZK03鉆孔的靜止水位和出水量分別達(dá)到了9.1 m和256 m3/d。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，三個(gè)鉆孔出水量累積后達(dá)到了635 m3/d，取樣分析處理后，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)滿足居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)和要求，這樣一來，不僅有效地解決了貧水山區(qū)居民的飲水問題，還為農(nóng)田灌溉提供了充足的水資源，為極大地提高地下水資源的利用率，實(shí)現(xiàn)地下水資源的循環(huán)利用提供有力的保障。

5 結(jié)語

綜上所述，通過落實(shí)物探工作，得出以下四個(gè)結(jié)論：(1)通過采用高密度電阻率法，對(duì)地下水資源進(jìn)行淺部探測(cè)，可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐貙訋r石的特性，精準(zhǔn)、高效地確定灰?guī)r頂界面的所在位置信息，為后期更好地推斷和解決當(dāng)?shù)仉[伏斷裂構(gòu)造問題提供重要的依據(jù)和參考。(2)通過利用激電測(cè)深法，可以精準(zhǔn)地控制和調(diào)整高電阻和低電阻的分布范圍，確保高低電阻分布范圍符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，從而進(jìn)一步地提高電阻率結(jié)果的真實(shí)性和精確性。同時(shí)，還能科學(xué)推斷當(dāng)?shù)氐牧芽p問題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水資源分布特征的全面了解和把握。(3)通過利用音頻大地電磁探測(cè)法，不僅可以有效地驗(yàn)證當(dāng)?shù)財(cái)嗔训纳盥穹秶€能提高電阻的規(guī)模和強(qiáng)度，為后期更好地偵查和控制斷層活動(dòng)范圍，提高巖層縫隙發(fā)育速度打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(4)縱觀地形地貌特征，通過使用地質(zhì)圖，采用地質(zhì)圖初步分析法，對(duì)貧水山區(qū)的水資源進(jìn)行全方位分析和判斷，并在運(yùn)用綜合物探法的基礎(chǔ)上，采用鉆探驗(yàn)證的方式，獲得巖溶裂隙水量達(dá)到了得635 m3/d，這說明了綜合物探法具有非常高的有效性和可靠性，為后期更好地尋找地下水資源，提高地下水資源的利用率發(fā)揮出重要作用。