長孫月雷　張選朋　穆偉　劉寬宏

關鍵詞：高密度電阻率法;含水層;反演;解釋

近年來，高密度電法在水資源和工程勘查中的應用越來越多，高密度電法作為直流電法的一種作業(yè)方式，其特點是一次布極，實現跑極和數據采集的自動化，野外工作效率高，數據可靠性高，但由于其布極密度較高，經常應用在地形比較好的地區(qū)。高密度電法的應用和發(fā)展，對于解決目前水資源調查和工程勘查，起了很大作用。

有關高密度電法在工程勘察和水資源調查中的應用，前人做了大量工作。張賡等（2013）等采用高密度電法對蓄水池滲漏點進行了研究。余金煌等（2014）等通過研究高密度電法不同裝置水下拋石工程的正反演計算，發(fā)現溫納裝置反演結果最佳，為水下拋石工程質量評價提供了理論基礎。劉金安（2016）采用高密度電法探查水庫大壩滲漏，水庫庫岸穩(wěn)定性，海堤砌石體深度探測。黃國民等（2019）通過實例分析，總結碎屑巖地區(qū)高密度電法找水經驗。康方平等（2020）等采用視電阻率聯合剖面法、高密度電阻率法和激電測深法相結合的綜合物探方法進行探測，可有效地查明區(qū)內賦水相對有利的斷層構造等部位，從而實現間接找水的目的。綜上所述，高密度電法是一類效果明顯的水文地質地球物理勘查方法。其工作時效率較高，地電剖面成像準確，已經成為許多物探工作者在水資源和工程勘察中常用的一種方法。

本文結合前人研究，在充分了解工作區(qū)地質、水文和地球物理特征的前提下，采用高密度電阻率方法對工作區(qū)水資源分布情況進行調查。通過對采集數據的處理、反演和解釋，研究整個研究區(qū)含水砂礫層的厚度和埋深情況，為工業(yè)井選址提供了依據。

1地質與地球物理特征

1.1地質概況

工作區(qū)處于西秦嶺山地和隴西黃土高原過渡帶，位于耤河河谷南岸一級階地，天水市某工業(yè)園區(qū)內部大部分面積修建了廠房及水泥路，只有小面積的第四系黃土和砂礫、卵石出露，地勢平緩，有少數植被覆蓋。工作區(qū)所在地段藉河河谷兩側南北山地表黃土覆蓋，只在部分坡溝有小面積的第三系泥巖出露。黃土丘陵區(qū)內黃土斜梁、斜坡與沖溝并存，溝深坡陡，地形坡度一般為10°～30°，部分地段達40°～50°，沖溝坡段達50°以上，溝谷幾乎垂直藉河呈南北向發(fā)育，切割深度一般10～30 m，多為黃土沖溝，部分沖溝切割到泥巖（圖1）。

天水市區(qū)位于秦嶺緯向構造和祁呂賀山字型構造體系的前孤，南北兩山橫亙，地質構造較為復雜，地貌結構基本特征為“兩山夾一川”。根據區(qū)域地質資料，無區(qū)域性深大斷裂構造通過。本次工作區(qū)地質資料查明，區(qū)內地層自上而下主要為第四系沖、洪積層和新近系泥巖層。1）雜填土（Q），分布整個場地，雜色，稍濕，松散—稍密。土質不均勻，上部以粉土、碎石為主，包含有大量植物根莖，少量磚塊、碳屑、生活垃圾等雜物，下部有20～40 cm厚的耕土。該層厚度0.40～1.70 m。2）砂礫石層（Q）遍布整個場地，雜色，稍濕一飽和，中密為主，局部稍密;地層不均勻，夾有中砂、礫砂、粉土、卵石粒，局部無規(guī)律相變?yōu)槁咽?，偶含漂石，漂石巖芯呈短柱狀;骨架顆粒成分主要為石英砂巖、花崗巖和變質巖，呈微風化狀;該層成因主要為河流沖積作用，經遠距離搬運堆積形成;分選差，級配不良，磨圓度中等，多呈亞圓狀。該層總厚度為4.70～14.60 m，是本次高密度電法探測的主要含水目的層。3）泥質粉砂巖、泥巖（N），遍布整個場地，灰綠色，密實，土質均勻，上部約1.5 m呈強風化狀態(tài)，層狀結構，主要礦物有高嶺土、白云母、方解石、石膏等;巖石結構較完整，隱約可見水平沉積層理，巖石致密，據區(qū)域地質資料及以往在該地區(qū)的鉆探實踐，該層厚度大于50 m。

工作區(qū)及周邊地下水的形成受地質、水文、構造及地貌等因素控制，主要為第四系松散巖類孔隙水，該類地下水依據埋藏條件和賦存特征分為2類：黃土潛水和河谷潛水。黃土潛水主要分布在工作區(qū)以南靠近南山山前部位，該類地下水賦存于黃土下部粉質黏土與灰綠色泥巖風化層中，地下水埋深較淺，上部粉質黏土透水性極差，通常不含水。該類水中泉流量小于0.001 L·s，但水質較好，礦化度小。河谷潛水是工作區(qū)主要地下水類型，主要含水層為耤河一級階地砂礫石、圓礫層，地下潛水面埋深5～6m，含水層厚度1～19 m，最厚處19 m，區(qū)內由北向南含水層逐漸變厚;地下水補給主要來自大氣降水和耤河側向補給，向河流及下游經短距離徑流排泄。

1.2地球物理特征

地層結構電性變化差異是開展高密度電阻率法探測方法的地球物理前提條件。此次高密度電阻率法探測的主要含水目的層為礫砂層，其含水地段相對不含水地段表現為低阻，基巖為泥質粉砂巖、泥巖，表現為相對低阻特征，根據地層以上電性特點，采用高密度電阻率法探測方法，可以探測到水量較豐富礫砂層地段及基巖起伏變化情況，故工作區(qū)場地具備開展高密度電阻率法的地球物理前提（表1）。

2工作方法技術

根據工作區(qū)的地質、水文、地形條件和研究目標，高密度電阻率法成為本次工作的首選方案。高密度電法集中了電剖面法和電測深法的優(yōu)勢，其原理與普通電阻率法相同，所不同的是在觀測中設置了高密度的觀測點，它是一種陣列勘探方法（鄭智杰等，2019）。工作區(qū)場地規(guī)則，地勢較為平坦，電測剖面布設方向東西向或南北向，使用GPS和皮尺確定測點位置。本次工作數據采集采用WDJD-3多功能數字直流激電儀為測控主機，配以WDZJ-3多電極轉換器構成高密度電阻率測量系統(tǒng)，電極裝置采用溫納裝置。技術標準執(zhí)行DZ/T0153-95《物化探工程測量規(guī)范》、DZ/T0073—93《電阻率剖面法技術規(guī)范》和DZ/T 0072-93《電阻率測深法技術規(guī)范》。

開展工作前，通過實驗，選擇MN為2.5 m作為本次高密度電阻率法的測量參數。本次高密度電阻率法探測工作共完成探測剖面3條（圖2），長度343 m，物理點數140個。

3數據處理與解釋

3.1數據處理

高密度電阻率法野外數據經過數據整理、格式轉換、數據編輯、施加地形信息、設置反演參數、斷面數據反演，最終形成含有地形信息的反演斷面圖，并結合地質、鉆探資料進行解釋，資料處理。

3.2資料反演和解釋

資料解釋遵循從已知到未知、從點到面、從簡單到復雜、從局部到全區(qū)的原則（沈福斌等，2021）。充分收集區(qū)內地質、水文等資料，充分考慮各種復雜因素對觀測結果的影響，認真分析電性斷面參數和地質斷面之間的聯系。根據以上原則，通過分析本次高密度電阻率法的電阻率斷面等值線異常特征，劃分斷面地質結構，推測區(qū)內主要含水砂礫石層埋深、厚度及空間展布形態(tài)等情況。

3.2.1 L1剖面資料反演和解釋

由于L1剖面上鉆孔數據豐富（圖3），在開展工作之前，可以將L1剖面作為一條試驗剖面，通過對數據的處理反演和解釋，并結合鉆孔數據印證或輔助解釋，使得高密度解釋成果更加可靠。這樣做的目的是通過鉆孔施工剖面與高密度探測剖面結果的對比，總結不同地層巖性的電阻率特征，為其他地段高密度探測斷面的解釋提供依據。L1剖面的反演和解釋成果見圖4。

反演結果（圖4）與鉆孔施工工程地質剖面（圖3）對比可知，在地下0～5m沿水平方向電阻率等值線不連續(xù)，電阻率總體表現為中阻異常，電阻率值范圍小于100Ω·m，局部夾雜低阻團塊異常，對比鉆孔地質資料，推測為地表第四系不均勻雜填土引起。在地下2～23 m范圍內上部沿水平方向電阻率等值線較連續(xù)，電阻率總體表現為中阻，局部存在團塊狀高阻異常，電阻率值范圍為幾十到幾百歐姆·米，對比鉆孔地質資料，推測為第四系砂礫石層，砂礫石層頂部埋深2～5m，厚度2～15m。局部存在團塊狀高阻異常，可能是砂礫石層局部夾大直徑圓礫引起;在該層下部沿水平方向電阻率等值線較連續(xù)，電阻率總體表現為中低阻，對比鉆孔地質資料，推測第四系砂礫石層含水量較大引起。在地表約7～23 m，電阻率總體表現為低阻，電阻率值范圍為幾到幾十歐姆·米，沿水平方向電阻率等值線連續(xù)，對比鉆孔地質資料，推測為第三系砂質泥巖層引起。

3.2.2 L17剖面資料反演和解釋

剖面長117.5 m，點距2.5 m，方位90°，根據試驗剖面解釋成果和區(qū)內地質資料，由反演視電阻率斷面推測：不均勻雜填土埋深約為0～5m，第四系砂礫石層埋深約為2～21m，厚度12～15 m，泥巖頂界面埋深約為19～21 m（圖5）。

4結論

1）采用高密度電阻率方法，對兩條剖面進行了綜合分析解釋，推測出區(qū)內主要含水砂礫層埋深、厚度及空間展布形態(tài)等情況。推測南部砂礫石層較厚，埋深較大，含水情況比較有利。

2）依據工作區(qū)高密度電測深解釋成果，綜合區(qū)內地質、工程鉆探、水文等資料，對工作區(qū)地下水含水層進行了分析，建議選擇工業(yè)用水井位置2個，分別位于L1剖面52 m處，含水層砂礫石埋深3～22 m，厚約19 m;L17剖面60 m處，含水層砂礫石埋深3～21m，厚約17m。

3）在完成實驗剖面后，通過鉆孔驗證，通過對比分析，砂礫石厚度與物探推測厚度一致，由此可見，本次高密度電阻率法結果的可靠性。