呂曉宇 劉俊伯

摘要：本次物探找水應(yīng)用對(duì)稱四極電測(cè)深在松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水等類型中尋找富水層。通過(guò)視電阻率值、視極化率值，繪出斷面等值線圖，判斷低阻高極化帶的空間分布及傾向特征，尋找含水條件較好地段，解決當(dāng)?shù)夭糠执迩f的生活飲水困難，為布設(shè)鉆探工程提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：激發(fā)極化法測(cè)深；電阻率；地下水

前言

我國(guó)是個(gè)缺水國(guó)家，地下水是重要的生產(chǎn)、生活水源。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，烏蘭察布市缺水狀況日漸嚴(yán)重。本地區(qū)可利用地表水資源較為匱乏，地下水為其最主要供水水源。因此地下水勘探就成為首要解決的問(wèn)題。本文通過(guò)激電測(cè)深方法找水，分析含水層的激電異常特征、含水層埋深與極距的關(guān)系、野外工作方法。

1.區(qū)域地質(zhì)特征

1.1地層

工作區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北陸塊（Ⅱ）北緣，鄂爾多斯古陸塊（Ⅱ-2）北緣，白云鄂博古邊緣裂谷（Ⅱ-2-6-2）北緣①。地層區(qū)劃為華北地層大區(qū)（Ⅴ）、晉冀魯豫地層區(qū)（Ⅴ4）、陰山地層分區(qū)（Ⅴ43）、大青山地層小區(qū)（Ⅴ43-2）；中新生界地層區(qū)劃屬濱太平洋地層區(qū)（5）、大興安嶺—燕山地層分區(qū)（51）、陰山地層小區(qū)（511）。

本區(qū)域按地貌形態(tài)特征分為低山丘陵、山間盆地和河谷平原三種地貌類型。區(qū)域上大地構(gòu)造屬于內(nèi)蒙地軸與內(nèi)蒙古華力西晚期褶皺帶的連接處，工作區(qū)以內(nèi)蒙華力西晚期褶皺帶為主，屬于白云鄂博—化德背斜的化德褶皺束，工作區(qū)以南為內(nèi)蒙地軸—商都新臺(tái)凹。其中出露地層有中新元古界白云鄂博群；中生界侏羅系；新生界第三系，第四系。由于巖漿活動(dòng)頻繁，前侏羅系地層普遍經(jīng)受變質(zhì)。第四系分布面積較小，第三系成為丘間寬谷和小型盆地的主要物質(zhì)組成，前侏羅系地層經(jīng)地殼抬升與巖漿巖共同構(gòu)成了低山丘陵。

1.2巖漿巖

1.2.1侵入巖

工作區(qū)內(nèi)廣泛分布的侵入巖體為華力西晚期（r4）及燕山早期（r5）侵入巖，多呈巖基產(chǎn)出。巖性以華力西晚期灰白色中粗粒黑云母花崗巖、似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖、似斑狀中粗黑云母花崗巖、灰白色細(xì)粒黑云母花崗巖及燕山早期肉紅色中細(xì)粒黑云鉀長(zhǎng)花崗巖、似斑狀中粒黑云花崗巖為主。

1.2.2噴出巖

在本區(qū)較發(fā)育，主要集中在早二疊世三面井組及侏羅世張家口組地層中，其次為第三系上新統(tǒng)噴發(fā)的玄武巖。

1.3構(gòu)造

區(qū)域上大地構(gòu)造屬于內(nèi)蒙地軸與內(nèi)蒙古華力西晚期褶皺帶的連接處，工作區(qū)以內(nèi)蒙華力西晚期褶皺帶為主，屬于白云鄂博—化德背斜的化德褶皺束，工作區(qū)以南為內(nèi)蒙地軸—商都新臺(tái)凹。（圖1）

2.礦區(qū)水文地質(zhì)、地球物理特征

工作區(qū)地下水的賦存條件與分布規(guī)律是受氣候、巖性、地貌、地質(zhì)構(gòu)造及古地理沉積環(huán)境等諸因素的綜合影響和相互制約，起主導(dǎo)作用的是地貌、巖性、構(gòu)造及古地理沉積環(huán)境。地貌是地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和外營(yíng)力作用的綜合結(jié)果，地貌對(duì)潛水起主導(dǎo)作用，地質(zhì)構(gòu)造、巖性和古地理沉積環(huán)境，對(duì)深部承壓水起決定性的作用。根據(jù)地下水的賦存條件、含水介質(zhì)及水力特征，將本區(qū)地下水劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水及基巖裂隙水三類②。

本次工作區(qū)主要為商都縣中北部低山丘陵區(qū)。工作區(qū)位于內(nèi)蒙古高原的東南部邊緣，地下水的賦存與分布嚴(yán)格受區(qū)內(nèi)地形條件、地層巖性、構(gòu)造、地貌等因素控制，區(qū)內(nèi)氣候干旱，降水量小，地表水系不發(fā)育，又多為間歇性內(nèi)陸河流，地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要依靠大氣降水的滲入補(bǔ)給。

在地質(zhì)構(gòu)造方面，工作區(qū)南、北為各自獨(dú)立的構(gòu)造單元及其各自的水文地質(zhì)環(huán)境。在其南部形成了構(gòu)造凹陷盆地（商都新臺(tái)凹），沉積了厚達(dá)500m以上的新近系湖相砂礫巖、含礫泥巖、泥巖、砂質(zhì)頁(yè)巖等。砂礫巖則構(gòu)成了區(qū)內(nèi)良好的含水層，泥巖則成為良好的隔水層。在其北部則形成褶皺低山丘陵區(qū)（化德褶皺束），斷層、節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，易于接受大氣降水的滲入補(bǔ)給，由于降水量少，補(bǔ)給源不足，多為水量微弱和中等的裂隙水含水巖系，僅在斷裂破碎帶處，造成了良好的儲(chǔ)水條件，水量較豐富。

在地貌上，北部丘陵地區(qū)地下水主要存在于基巖風(fēng)化裂隙帶、構(gòu)造破碎帶中，水力坡度大，徑流條件好。另外由于地形坡度大，雖降水量少，但多集中在6月～9月，雨后易于形成地表徑流，當(dāng)流至溝谷平緩處易于滲入地下，補(bǔ)給地下水，因而地表的暫時(shí)徑流也是寬谷洼地內(nèi)潛水及承壓水的補(bǔ)給源之一；在南部小型盆地中，由于地勢(shì)較為低洼，地下水除接受大氣降水滲入補(bǔ)給外，尚能接受北部低山丘陵地區(qū)潛水徑流的大量補(bǔ)給，形成了較為豐富的潛水與承壓水，并以下降泉形式和地下徑流方式排泄于察汗淖。

在巖性上，北部低山丘陵區(qū)多系侵入巖火山噴出巖及變質(zhì)巖地層組成，節(jié)理、構(gòu)造裂隙、構(gòu)造破碎帶較為發(fā)育，裸露地表易于接受大氣降水的直接滲入補(bǔ)給，并且有良好的徑流條件，成為區(qū)內(nèi)潛水與承壓水的主要補(bǔ)給區(qū)；在南部則為巨厚的砂礫巖，含礫泥巖，泥巖和第四系薄層的礫砂沉積，砂礫巖、礫砂則成為良好的含水巖層，泥巖則成為良好的隔水層，給潛水承壓水的形成造成了良好的條件。

此外區(qū)內(nèi)隔水層（非含水或未含水層）和含水層之間的電阻率存在較為明顯的物性差異（見表1-1），通過(guò)解釋推斷電阻率測(cè)深曲線可以劃分出含水層在垂直斷面上的分布范圍、深度、厚度及其相對(duì)富水程度，為本次電法工作提供了物性前提。

3.地球物理野外勘探及布置

激電測(cè)深工作使用重慶地質(zhì)儀器廠的DZD-6A型多功能直流電法儀進(jìn)行測(cè)量，用于尋找地下水，以及研究地質(zhì)構(gòu)造等。測(cè)深點(diǎn)位布置在設(shè)計(jì)井位周圍，采用對(duì)稱四極裝置③觀測(cè)形式，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定極距。供電電極使用多根銅電極。在工作時(shí)將銅電極在供電點(diǎn)位置布置一個(gè)直徑約1m的環(huán)形，每根銅電極都用裸銅線串聯(lián)，再將供電導(dǎo)線連接到裸銅線上。

在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)共完成了4個(gè)擬定井位的激電測(cè)深工作，編號(hào)為S1-S4號(hào)。其中圍繞S1布設(shè)3條剖面，編號(hào)為01、02、03；S2布設(shè)3條剖面，編號(hào)為04、05、06；S3布設(shè)1條剖面，編號(hào)為07；S4布設(shè)1條剖面，編號(hào)為08。

本次測(cè)量?jī)x器為自動(dòng)存儲(chǔ)記錄，數(shù)據(jù)采集回來(lái)后，利用其專用軟件在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除無(wú)效點(diǎn)、濾波、圓滑等預(yù)處理④，最后反演得到視極化率、視電阻率及半衰時(shí)測(cè)深曲線圖，激電測(cè)深斷面圖以及視電阻率類型剖面圖。

董家村有一口已完成井，為儀器參數(shù)確定奠定了良好基礎(chǔ)。含水較好層位在深度60m～92m之間呈間斷性見水，水量在90m左右最好，含水層主要集中在砂巖、砂礫巖中，結(jié)合實(shí)際AB/2=150至AB/2=340應(yīng)為這一含水段。測(cè)深曲線也很好的反映了含水層與隔水層之間的電性差異，因此本方法在這一地區(qū)找水效果較好，如圖2：

4.勘查成果及分析

05剖面：剖面方位74°，剖面長(zhǎng)2000m，剖面測(cè)點(diǎn)號(hào)由西到東從100依次遞增；有效距離由西往東從0m依次遞增，其剖面見下圖3。

由激電測(cè)深斷面圖上看，整個(gè)剖面視極化率ηa較低，普遍在1.5%以下。整個(gè)剖面視電阻率從AB/2=15m～220m段較低，結(jié)合物性，推測(cè)為泥巖及砂質(zhì)泥巖伴生引起的低阻異常，厚度在50m左右，在170～260號(hào)點(diǎn)之間，AB/2=220m～ 500m段電阻率有一定的抬升，推測(cè)由砂巖及泥巖引起，推測(cè)為含水層較好地段，有利于成井。

本剖面布設(shè)1個(gè)鉆孔，編號(hào)S2，設(shè)計(jì)孔位位于05線200號(hào)點(diǎn)附近，根據(jù)物探成果資料，05線主要含水層位第三系砂巖，S2施工位應(yīng)選擇在05線260號(hào)點(diǎn)附近，推測(cè)富水深度為100m～150m。

07剖面：剖面方位74°，剖面長(zhǎng)1296m，剖面測(cè)點(diǎn)號(hào)由西到東從100依次遞增；有效距離由西往東從0m依次遞增，其剖面見圖4（07線激電測(cè)深斷面圖）。

由激電測(cè)深斷面圖上看，整個(gè)剖面視極化率普遍較低，相對(duì)高極化區(qū)域分布在AB/2=65～150，點(diǎn)號(hào)在130與200之間，最高極化率達(dá)到1.7%，剖面高低阻區(qū)分明顯，高阻在100600Ω·m～600Ω·m之間，埋深較淺，低阻普遍在60Ω·m以下，在接觸帶上視電阻率有微弱的減小趨勢(shì)，說(shuō)明有一定的孔隙、裂隙發(fā)育，具有含水條件，整個(gè)剖面視電阻率從AB/2=65m～340m段較低，結(jié)合物性，推測(cè)為砂巖裂隙含水引起的低阻異常，厚度在30m左右，在160～180號(hào)點(diǎn)之間，推測(cè)為含水層較好地段，有利于成井。

本剖面布設(shè)1個(gè)鉆孔，編號(hào)S3，設(shè)計(jì)孔位于07線160號(hào)點(diǎn)附近，根據(jù)物探成果資料，07線主要含水層位第三系砂巖，S3施工位應(yīng)選擇在07線160號(hào)點(diǎn)附近，最好在160號(hào)點(diǎn)上布孔，推測(cè)深度為80m～110m。

5.結(jié)論

通過(guò)此次激電測(cè)深工作，各地層之間具有較明顯的電性差異，深部主要含水層表現(xiàn)出較明顯的低阻高極化率特征，結(jié)合對(duì)測(cè)深曲線、地電斷面圖的解譯，初步圈定了四個(gè)有利成井地段，初步查明缺水區(qū)第四系松散層厚度，第三系泥巖及其下部底礫巖，基底起伏，構(gòu)造特征，裂隙發(fā)育情況等。區(qū)內(nèi)含水層與周圍地層存相比，且具有較為明顯的相對(duì)低阻的特征，含水層位有相應(yīng)的反映，極化率效果不是很明顯，部分測(cè)點(diǎn)有一定的參考意義。本次激電（視電阻率）測(cè)深工作，方法有效合理，成果準(zhǔn)確可靠，勘測(cè)工作取得了較理想效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]《區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》1∶20萬(wàn)商都幅.內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局. 1981年.

[2]《內(nèi)蒙古地下水資源調(diào)查和評(píng)價(jià)成果報(bào)告》.內(nèi)蒙古水利設(shè)計(jì)院匯編. 1985年.

[3]傅良魁.電法勘探教程.北京.地質(zhì)出版社1983.

[4]劉松強(qiáng).數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)及應(yīng)用.北京.清華大學(xué)出版社. 1996.