激發(fā)極化法在烏蘭察布市干旱缺水地區(qū)的應(yīng)用

呂曉宇 劉俊伯

摘要：本次物探找水應(yīng)用對稱四極電測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)極化法測深；電阻率；地下水

前言

我國是個缺水國家，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題。本文通過激電測深方法找水，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)造和外營力作用的綜合結(jié)果，地貌對潛水起主導(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），通過解釋推斷電阻率測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)行測量，用于尋找地下水，以及研究地質(zhì)構(gòu)造等。測深點(diǎn)位布置在設(shè)計(jì)井位周圍，采用對稱四極裝置③觀測形式，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定極距。供電電極使用多根銅電極。在工作時將銅電極在供電點(diǎn)位置布置一個直徑約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個擬定井位的激電測深工作，編號為S1-S4號。其中圍繞S1布設(shè)3條剖面，編號為01、02、03；S2布設(shè)3條剖面，編號為04、05、06；S3布設(shè)1條剖面，編號為07；S4布設(shè)1條剖面，編號為08。

本次測量儀器為自動存儲記錄，數(shù)據(jù)采集回來后，利用其專用軟件在對數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除無效點(diǎn)、濾波、圓滑等預(yù)處理④，最后反演得到視極化率、視電阻率及半衰時測深曲線圖，激電測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2000m，剖面測點(diǎn)號由西到東從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。

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

本剖面布設(shè)1個鉆孔，編號S2，設(shè)計(jì)孔位位于05線200號點(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號點(diǎn)附近，推測富水深度為100m～150m。

07剖面：剖面方位74°，剖面長1296m，剖面測點(diǎn)號由西到東從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線激電測深斷面圖）。

由激電測深斷面圖上看，整個剖面視極化率普遍較低，相對高極化區(qū)域分布在AB/2=65～150，點(diǎn)號在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，說明有一定的孔隙、裂隙發(fā)育，具有含水條件，整個剖面視電阻率從AB/2=65m～340m段較低，結(jié)合物性，推測為砂巖裂隙含水引起的低阻異常，厚度在30m左右，在160～180號點(diǎn)之間，推測為含水層較好地段，有利于成井。

本剖面布設(shè)1個鉆孔，編號S3，設(shè)計(jì)孔位于07線160號點(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號點(diǎn)附近，最好在160號點(diǎn)上布孔，推測深度為80m～110m。

5.結(jié)論

通過此次激電測深工作，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)合對測深曲線、地電斷面圖的解譯，初步圈定了四個有利成井地段，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，部分測點(diǎn)有一定的參考意義。本次激電（視電阻率）測深工作，方法有效合理，成果準(zhǔn)確可靠，勘測工作取得了較理想效果。

參考文獻(xiàn)：

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