激電測深曲線的推斷與解釋

呂英

（山西省水文水資源勘測局，山西太原030001）

0 引言

激發(fā)極化法目前已被廣泛應(yīng)用于尋找地下水的實(shí)踐中。在確定井位，圈定儲水構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)深層含水層，區(qū)分含水與非含水地段等方面，均顯示了該方法的優(yōu)越性。但是在成果的推斷解釋上，目前還沒有形成一套規(guī)范的方法，主要依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果和已知井孔資料結(jié)合經(jīng)驗(yàn)來解釋。本文根據(jù)多年來的實(shí)際工作，學(xué)習(xí)和總結(jié)了有關(guān)資料和找水經(jīng)驗(yàn)，提出了測深曲線推斷解釋方法，和同行共同磋商。

1 激電測深曲線的異常特征

在激電模型試驗(yàn)中，激發(fā)極化效應(yīng)隨著含水量的增加出現(xiàn)極大值，再增加含水量，激發(fā)極化效應(yīng)呈下降趨勢。但在野外實(shí)踐中，含水層與非含水層水位以上與水位以下，其激發(fā)極化效應(yīng)有著明顯的區(qū)別。飽和含水的含水層其激發(fā)極化效應(yīng)比非含水層大幾倍至十幾倍。因此在激電測深曲線中，遇有含水層（強(qiáng)極化體），曲線應(yīng)明顯上升，在非含水層地段曲線又緩慢下降。測深曲線的形態(tài)與含水層的組合及布極方向等因素有關(guān)。其曲線類型可套用電阻率曲線類型來命名。

在水平層狀地層內(nèi)，如有一層為覆蓋層，下為基巖的二層斷面，其極化率分別為η1和η2。當(dāng)覆蓋層為高極化率（η1＞η2）時，激電測深曲線呈 G 型；當(dāng)基巖為高極化率（η2＞η1）時，激電測深曲線呈D型。基巖與覆蓋層的激電特征（η2和η1）相差越大，激電測深曲線上升或下降越陡，異常幅度也越大。

如遇有三層斷層，當(dāng)?shù)谝粚优c第三層的電性相同（ρ1=ρ3，η1=η3），第二層為高極化率層時（即 η2＞η1），激電測深曲線呈K 型，當(dāng) η3＜η2＜η1時，激電測深曲線呈 Q 型；

當(dāng) η1＜η2＜η3時，激電測深曲線呈 A 型；當(dāng) η1=η3、η2＜η1時，激電測深曲線將呈H型。

為使測量成果能正確地反應(yīng)極化體的分布情況，當(dāng)極化體呈線性展布時，在野外測量應(yīng)盡量不使供電電極在測深過程中越過極化體，以避免或減小后者對測深曲線的影響，為此通常應(yīng)使激電測深的布極方向沿極化體走向布置。

2 背景值的確定

激電法找水與電阻率找水相比有一個顯著的優(yōu)點(diǎn)，即在沒有電子導(dǎo)體干擾的情況下，在不含重力水的地段上，激發(fā)極化效應(yīng)通常很低，且十分穩(wěn)定。只有在含水的地段上，才會出現(xiàn)明顯的激發(fā)極化異常。這個在不含重力水地段的激發(fā)極化數(shù)值稱為背景值。背景值的大小與巖性、顆粒大小及含水量等因素有關(guān)，因此，不同地質(zhì)單元其背景值大小是不同的。不能將一個地質(zhì)單元的背景值應(yīng)用到另一個與它不同的地質(zhì)單元上。在一個測區(qū)內(nèi)，不含重力水地段上的激發(fā)參數(shù)值可視為該測區(qū)的背景值。在一條激電測深曲線上，地下水位以上的參數(shù)值可視為背景值。認(rèn)真確定背景值對曲線的解釋至關(guān)重要。在一個測區(qū)內(nèi)，應(yīng)首先在已知地段或已知井旁反復(fù)測量，準(zhǔn)確地確定背景值的數(shù)值及其變化規(guī)律，為分析激電異常提供可靠依據(jù)。

3 激電異常的確定

在激電測深曲線上，明顯高于背景值的參數(shù)值，稱為“激電異?！薄＿@里所謂“明顯”是指異常必須有一定的數(shù)量，否則，可能將背景值本身的波動和測量誤差誤認(rèn)為異常。但異常的大小因不同的巖性和水文地質(zhì)條件變化很大。如在第四紀(jì)松散地層中，異常值可高出背景值幾倍至幾十倍。而在一些巖溶水地區(qū)異常值有時很小，只有充分掌握地域性的材料，才有可能將含水異常準(zhǔn)確地劃分出來。

在激電測深曲線上，異常應(yīng)連續(xù)在兩個極距上出現(xiàn)，而且應(yīng)有一定的規(guī)律，這種異常才有較高的置信度。如果異常只在一個極距上出現(xiàn)，或者整條測深曲線跳躍很大，就應(yīng)該考慮是否是由于干擾因素或測量誤差而引起的。對這樣的曲線必須進(jìn)行復(fù)測，才能進(jìn)行解釋。當(dāng)復(fù)測后證明單個異常是正確的，則應(yīng)在異常點(diǎn)的兩側(cè)增加兩個極距，進(jìn)一步驗(yàn)證該點(diǎn)異常是否可靠。特別是在極距較大時，一般二次場信號較小，對這時出現(xiàn)的異常應(yīng)全部進(jìn)行復(fù)測、慎重處理。

4 定性解釋

到目前為止，激發(fā)極化法找水還沒有一套定量解釋方法，已有的解釋方法多是經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，屬定性解釋范疇。激電法找水的解釋工作，仍遵循從已知到未知，先易后難的對比解釋原則。先分析已有水文地質(zhì)資料地段的曲線特征，異常幅度，研究異常與含水層分布及涌水量之間的關(guān)系，然后用推理的方法，結(jié)合電阻率及其它手段的解釋成果，作出對未知地段的水文地質(zhì)推斷。

4.1 地下水位的確定

激電法找水的最大優(yōu)點(diǎn)就是對有水無水反應(yīng)明顯。在一般情況下，測深在見水位后就上升，此時的AB/2可大致確定為地下水位的埋深。河北省水文四隊(duì)用激電法對大量的已知孔進(jìn)行了測深對比，據(jù)77個已知孔隙水井孔的統(tǒng)計(jì)，有66個井孔的ρt測深曲線定性地反映了潛水位的埋深情況。曲線上升始點(diǎn)AB/2稍大于水位的埋深。據(jù)15個已知裂隙水井孔的統(tǒng)計(jì)，有11個孔的ρt（二次場衰減）測深曲線上升段與水位對應(yīng)。我們在野外工作中，也常用測深曲線上升段的初始轉(zhuǎn)折點(diǎn)來確定未知地段的地下水位埋深，其準(zhǔn)確率較高。這從激電法找水的基本原理可以得到證明。

應(yīng)當(dāng)指出，激發(fā)極化效應(yīng)除與含水量有關(guān)外，還與巖層的結(jié)構(gòu)、粒度、巖性等因素有關(guān)，當(dāng)?shù)叵滤慌c地層組合恰好一致或者地下水位的位置能使二次場的大小有明顯的差異時，地下水位的反應(yīng)就較明顯、準(zhǔn)確。否則就不夠明顯、也不太準(zhǔn)確。在工作中要認(rèn)真分析和處理。此外，上述的地下水位應(yīng)具有自由表面的潛水水位。當(dāng)有承壓水位時，激電測深曲線就不能滿意地反映出水位情況。

4.2 含水層埋深的確定

如前所述，在激電測深曲線上，初始上升轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)是地下水的反應(yīng)。在此之后，具有“明顯”上升的地段，預(yù)示了強(qiáng)極化體（即含水層）的存在。當(dāng)極距超過含水層的底板時，曲線開始下降，再遇含水層后，曲線又上升，因此可以利用測深曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)來劃分含水層的數(shù)量和大致位置。也可以通過斷面測量和面積量測工作，作出斷面圖和平面圖，圈定出含水層的分布范圍。應(yīng)當(dāng)指出，激電法所反映的含水層也是一個電性層，即二次場較一致的地層，并非真實(shí)的地層。且二次場對含水層的反應(yīng)常有滯后現(xiàn)象，所以異常曲線的下降轉(zhuǎn)折點(diǎn)往往要大于含水層的底板埋深。所以在激電測深曲線上，對第一個含水層的頂板埋深反映較準(zhǔn)確，對其底板及第二個含水層位置的反應(yīng)就不夠準(zhǔn)確。這就需要借助其它手段來分析含水層的位置。

4.3 電子導(dǎo)體干擾的排除

電子導(dǎo)體比離子導(dǎo)體具有更明顯的激發(fā)極化效應(yīng)，其數(shù)值較離子導(dǎo)體大幾倍至數(shù)十倍。在野外測量中，這一差異還是比較容易發(fā)現(xiàn)。比如激發(fā)率極化比JS>3%、η1>5%時，應(yīng)考慮有電子導(dǎo)體的存在，對這一異常不能盲目地確定為含水異常。

4.4 綜合推斷

激電法找水有其顯著的優(yōu)越性，它對有水無水的區(qū)分較其他方法明顯的多，找水成本低，操作簡單等。但是它也有不足之處，用它來推斷地層巖性及結(jié)構(gòu)就較困難，要想得到理想的效果，就需要應(yīng)用綜合推斷進(jìn)行解釋。比如，在激電法測量中，同時測出電阻率數(shù)值和其它有關(guān)的數(shù)值，用機(jī)電參數(shù)確定巖層的富水情況，用電阻率曲線劃分巖性及分層情況，用電反射系數(shù)來確定基巖的埋深和斷層構(gòu)造情況等。這樣，取其所長避其所短，可得到較好的地質(zhì)效果。

5 結(jié)束語

由于認(rèn)識的局限和地質(zhì)的復(fù)雜性，本文通過對長期尋找地下水工作的實(shí)踐，總結(jié)了一些解釋和推斷，在實(shí)際水源勘測中取得了顯著成效和良好的社會效益，為我省缺水地區(qū)飲水解困的找水工作做出了貢獻(xiàn)，隨著科技水平及勘測手段的提高，要不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒已知鉆孔柱狀圖、點(diǎn)測井資料等，科學(xué)估計(jì)區(qū)內(nèi)的巖性、構(gòu)造和地形等因素對電測深結(jié)果的影響，從而指導(dǎo)未知區(qū)的工作。