物探方法在基巖地下水勘查中的應(yīng)用

鮑世才，馬 彪

(甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020)

基巖山區(qū)地下水主要為基巖裂隙水，其受地質(zhì)構(gòu)造的制約，分布極不均勻，由于地形、地貌及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性的影響，常規(guī)水文地質(zhì)方法尋找富水地段盲目性大，且非常費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，工作效率低，造成基巖裂隙地下水勘查難度較大。電法勘探是山區(qū)找水的有效輔助手段，針對(duì)基巖地下水的特點(diǎn)，合理選擇有效的物探方法組合，能夠查明控水構(gòu)造的位置及產(chǎn)狀，選擇最佳地段布井，能取得良好的應(yīng)用效果。

1 地質(zhì)、水文地質(zhì)及地球物理?xiàng)l件

勘查區(qū)位于賀蘭山－北秦嶺構(gòu)造的接觸地帶，由于多次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育。受地形條件限制，物探剖面布設(shè)在溝谷內(nèi)，涉及地層簡(jiǎn)單，除表層幾米厚的第四系溝谷堆積物外，主要為華力西期花崗巖，其在溝谷兩側(cè)均有出露，勘查區(qū)花崗巖分布面積約3 km2。由于花崗巖為脆性巖石，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，巖體內(nèi)斷裂構(gòu)造及構(gòu)造節(jié)理十分發(fā)育，可形成幾十到數(shù)百米寬的斷裂破碎帶，使之成為地下水儲(chǔ)存、運(yùn)移的良好通道，有充沛的補(bǔ)給源時(shí)，巖體內(nèi)的斷層破碎帶往往賦存有豐富的地下水。

區(qū)內(nèi)第四系溝谷堆積物電阻率變化范圍較大，一般20～200Ω·m，極化率小于 0.7%，完整的花崗巖電阻率大于500Ω·m，極化率1% ～1.5%，隨著構(gòu)造節(jié)理及裂隙發(fā)育程度的增加巖石電阻率將降低，極化率增高，花崗巖體內(nèi)斷裂破碎帶的電阻率小于100Ω·m，極化率最高達(dá)3.5%。由此可見，在該區(qū)利用物探方法尋找構(gòu)造破碎帶進(jìn)而尋找基巖地下水具備地球物理前提。

2 野外工作方法

選用對(duì)稱四極激電測(cè)深法和音頻大地電場(chǎng)法。對(duì)稱四極激電測(cè)深法采用非等比裝置，最大 AB/2=750 m，數(shù)據(jù)采集過程中采用單向長(zhǎng)脈寬供電，供電時(shí)間30 ms，一次場(chǎng)延時(shí)1 000 ms，二次場(chǎng)延時(shí) 150 ms，二次場(chǎng)采樣寬度 100 ms。音頻大地電場(chǎng)法測(cè)量點(diǎn)距20 m，MN=20 m，MN沿測(cè)線方向排列，測(cè)量頻率 17.4 kHz。

3 物探異常分析

圖1是3線物探綜合剖面圖，由圖可見，音頻大地電場(chǎng)曲線呈“U”型，在剖面0～600m及850～1500m段大地電場(chǎng)幅值一般在0.7 mV上下擺動(dòng)，在600～850 m段大地電場(chǎng)幅值較低，僅0.3 mV左右，低值部分較寬且較平緩，異常幅值80%，這種異常多為規(guī)模較大的富水?dāng)嗔哑扑閹У娘@示，推測(cè)該段為斷裂破碎帶。在ρs斷面圖上，剖面淺表層電阻率在20～200Ω·m，是淺部第四系堆積物的反映，其下部電阻率多大于100Ω·m，最高500Ω·m左右，為花崗巖的反映，電阻率不很高，表明巖石節(jié)理及裂隙較發(fā)育;在剖面13號(hào)點(diǎn)(750 m處)深部有一電阻率小于60Ω·m開口朝下的低阻等值線半封閉圈，兩側(cè)電阻率等值線陡立，表明該段有一陡立的低阻層，在二維電阻率反演剖面上顯示更加清楚，可以清楚地看到有一延伸較深的傾斜低阻帶，進(jìn)一步證實(shí)了低阻層的存在。在花崗巖體內(nèi)一般不會(huì)有其它低阻地層，這種延伸較深，范圍較大的低阻帶很可能是巖體斷裂破碎充水所致。在等ηs斷面圖上相應(yīng)位置為極化率大于2%的高值封閉圈，而其它地段極化率多小于1.5%，表明該段富水。從以上分析可知，在剖面13號(hào)點(diǎn)附近音頻大地電場(chǎng)曲線、等ρs斷面圖及等ηs斷面圖上均有異常顯示，不同方法相互補(bǔ)充，相互映證，這種低的音頻大地電場(chǎng)值、低電阻率、高極化率的異常特征都符合斷裂破碎帶的物探異常特征，充分表明該處很可能有規(guī)模較大的斷裂存在。

圖1 3線電測(cè)深綜合剖面圖

圖2是13號(hào)點(diǎn)激電測(cè)深結(jié)果，圖中繪出了ρs曲線、ηs曲線和綜合參數(shù) Z曲線。由圖可見，ρs曲線呈 HKH型，其巖性組合應(yīng)為:第四系堆積物(干)－第四系堆積物(濕)－花崗巖(相對(duì)完整)－花崗巖(破碎)－花崗巖(相對(duì)完整)，當(dāng)AB/2=65 m時(shí)，ρs曲線下降且呈波動(dòng)狀，應(yīng)是花崗巖破碎含水的顯示，ηs曲線和綜合參數(shù)Z曲線在AB/2=9 m時(shí)明顯上升，在 AB/2=65 m 處取得極大值(ηs=3.35，Z=0.52)而后下降，在AB/2=150 m時(shí)又開始上升，AB/2=340 m處取得極大值(ηs=2.6，Z=0.38)。綜合分析上述參數(shù)的異常變化，推斷在7～55 m段、120～280 m段應(yīng)為富水地段。

4 應(yīng)用效果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證物探異常，根據(jù)異常顯示位置結(jié)合地質(zhì)資料，在3線剖面13號(hào)點(diǎn)附近地形有利地段布設(shè)一鉆孔，孔深500 m。經(jīng)鉆孔揭露，0～5 m為第四系堆積物，5 m以下為花崗巖。其中5～57 m花崗巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，120～310 m花崗巖破碎，不完整。測(cè)井資料顯示，這兩段梯度電阻率值50Ω·m左右，可見，鉆探結(jié)果與物探分析結(jié)果十分吻合。該孔成井后靜止水位 0.8 m，降深3 m時(shí)涌水量達(dá)到 2714.8 m3/d，取得了良好的找水效果。

圖2 13號(hào)點(diǎn)激電測(cè)深曲線

5 結(jié)語

綜合物探方法是尋找山區(qū)基巖地下水的有效手段，它成本低，見效快，各種方法相互補(bǔ)充，相互驗(yàn)證，能夠?qū)Φ叵滤倪M(jìn)一步勘查開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。本次工作利用激電測(cè)深法結(jié)合音頻大地電場(chǎng)法尋找基巖地下水取得了良好效果，結(jié)果表明，利用物探方法在基巖山區(qū)尋找地下水是行之有效的。

在花崗巖地區(qū)找水時(shí)，由于有少量電子導(dǎo)電礦物的存在，所以無水地段也能觀測(cè)到較大的極化率，因此在這些地區(qū)工作時(shí)應(yīng)注意高背景值與富水異常的區(qū)分。

［1］李金銘.激發(fā)極化法方法技術(shù)指南［M］.北京:地質(zhì)出版社.2004.

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［3］長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院“水文地質(zhì)工程地質(zhì)物探教程”編寫組.水文地質(zhì)工程地質(zhì)物探教程［M］.北京:地質(zhì)出版社.1980.

［4］李占國(guó)，王璇.綜合物探在花崗巖地區(qū)找水應(yīng)用效果［J］.勘察科學(xué)技術(shù).2004，(4):55 ～57.

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