電測深法在撒哈拉沙漠地區(qū)找水應(yīng)用

唐英杰

(華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021)

乍得中北部位于撒哈拉沙漠南部，遠離海洋，屬典型的沙漠氣候，年降水量小于50mm，是世界上最為干旱地區(qū)之一，被稱為“非洲死亡中心”。近年來，該國為發(fā)展其西北部經(jīng)濟貿(mào)易，在Amdjarass市建立了貿(mào)易中心，作為和蘇丹、利比亞的貿(mào)易集散地和中轉(zhuǎn)站。隨著Amdjarass市經(jīng)濟發(fā)展和人口的不斷增多，用水量不斷增加，供需矛盾逐漸突出，因此需要在其周邊有利地區(qū)開發(fā)新的城市供水水源地。

該區(qū)域前期地質(zhì)、水文地質(zhì)工作程度非常低，相關(guān)資料缺乏，基本屬于研究資料空白區(qū)，僅有牧民牲畜用水的大口井作為已知的水文資料，為水源地勘探帶來很大困難。

1 區(qū)域地質(zhì)和水文地質(zhì)特征

水源地初步選定在Amdjarass市東北約80 km處gouore村附近。該區(qū)域西起B(yǎng)arane山谷東側(cè)分水嶺，東至O.Ergl河谷東側(cè);南從Kasera Manga臺地，北到Tei Agoza紅沙丘，為一相對完整的水文地質(zhì)單元。Gouore河谷自西南向東北穿過本區(qū)，為區(qū)域內(nèi)最低的侵蝕基準(zhǔn)面，地形總體上由西南向東北緩傾斜，山地和沙丘緩平起伏的特點。

本區(qū)地處乍得盆地東北部，屬熱帶沙漠大陸性季風(fēng)氣候，氣候炎熱干旱，一年多月(11月至豎年4月)盛行大風(fēng)，揚沙和沙塵暴頻發(fā)，蒸發(fā)強烈、降水稀少。

1.1 區(qū)域地層

區(qū)域內(nèi)出露地層主要為前寒武紀(jì)造山運動晚期侵入巖系、古生代奧陶紀(jì)、泥盆紀(jì)和中生代白堊紀(jì)努比亞組、第三系及第四系。

(1)前寒武紀(jì)晚期:巖性一般為紫紅色、暗紅色亞堿性花崗巖、鈣堿性化崗巖、似偉晶亞堿性花崗巖，巖石具有淺色花斑狀構(gòu)造和網(wǎng)狀構(gòu)造，變質(zhì)程度較高。

(2)古生代奧陶紀(jì):為區(qū)域主要地層，廣泛分布于工作區(qū)內(nèi)，為一套多層交叉的淺海相富鐵碳酸鹽巖、碎屑巖及化學(xué)巖沉積變質(zhì)建造，變質(zhì)程度較低，巖性主要為粗砂巖、中細(xì)砂巖、砂屑巖及礫巖;

(3)中生代白堊紀(jì)努比亞組:巖性主要為砂礫巖、細(xì)砂巖、鈣質(zhì)砂巖，分布于區(qū)域北部。

(4)第三系:乍得盆地大陸沉積含鐵的雜色砂巖，含細(xì)砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)巖。

(5)第四系:為第四系下統(tǒng)舊砂丘，紅色砂礫，中粗砂，膠結(jié)程度較高。

1.2 區(qū)域含水層特征

根據(jù)區(qū)內(nèi)地層，含水介質(zhì)及地下水類型，可劃分巖漿巖裂隙含水層組、碎屑孔隙含水層組和第四系松散巖類孔隙含水層組:

(1)巖漿巖類裂隙含水層組:該含水層組區(qū)域上出露于西部、北部和南部某些地塊，廣泛埋藏于奧陶紀(jì)砂巖之下，厚度達數(shù)千米，巖性為花崗巖和花崗閃長巖。地下水主要賦存于風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙帶中。風(fēng)化裂隙發(fā)育深度一般為幾米—幾十米，構(gòu)造裂隙發(fā)育深度可達數(shù)十米，該含水層組地下水為承壓性質(zhì)。淺部花崗巖變質(zhì)和蝕變，強度降低，有一定的裂隙發(fā)育，但多充填泥質(zhì)，透水性較弱，以下巖石厚大完整，透水性極弱，基本界定為隔水層。

(2)碎屑孔隙含水層組:該含水層組廣泛分布于區(qū)域范圍內(nèi)，其上覆蓋有厚度不一的第四系風(fēng)成砂土，下伏前寒武紀(jì)造山期的花崗巖。巖性為含礫粗砂巖、礫砂巖和中細(xì)砂巖和含鐵質(zhì)、鈣質(zhì)細(xì)砂巖、底部與花崗巖接觸帶弱膠結(jié)粗砂巖。含水砂巖層(組)孔隙、裂隙較發(fā)育，含水層組一般厚度15～40 m，厚者達40～50 m，巖體強度較低，透水性較差。該含水層組為區(qū)域內(nèi)主要含水層組，為物探探測主要目的層。

(3)松散巖類孔隙含水層組:第四系松散巖孔隙含水層組廣泛分布于洼地及中低山山間溝谷一帶。含水層組主要為含少量礫石和粘性土的中細(xì)砂、中粗砂和礫砂，成因類型為風(fēng)成砂，松散混雜。

2 地球物理特征和工作方法

2.1 地球物理特征

根據(jù)電測井、標(biāo)本測試等相關(guān)工作，經(jīng)統(tǒng)計得出研究區(qū)域內(nèi)主要地層電性參數(shù)見表1。

表1 物性參數(shù)表

由水文地質(zhì)資料和物性參數(shù)表可知，勘探區(qū)域內(nèi)主要含水層組為碎屑孔隙含水層組，該含水層組的巖性為含礫粗砂巖、礫砂巖和中細(xì)砂巖和含鐵質(zhì)、鈣質(zhì)細(xì)砂巖、底部與花崗巖接觸帶弱膠結(jié)粗砂巖，該含水層組地層在物性參數(shù)表上表現(xiàn)為地下水位以下砂巖，其電阻率范圍為2 000～4 000Ω·m，與上部覆蓋層和下部花崗巖具有較明顯得電性差異，具備電法工作開展前提。

2.2 工作方法

根據(jù)地質(zhì)、水文地質(zhì)和地球物理條件，選擇電測深法作為物探手段進行找水勘探。電測深法是以地下水平層狀介質(zhì)間導(dǎo)電性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，在同一測點保持測量電極固定不變，逐次加大供電極距，從而研究地表某點下方電性的垂向變化。由于供電極距不斷加大，增大了供電電流在地下的分布范圍，實際上相當(dāng)于加大了勘探深度。因此，通過分析電測深視電阻率曲線可了解測點下沿垂向地質(zhì)情況的變化［1］－［2］。

表2 極距關(guān)系表

本次勘探儀器設(shè)備采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DZD－6A型多功能直流電法儀，裝置類型采用對稱四極等比裝置，AB/2:MN/2=5:1，最大AB/2為480 m，極距關(guān)系見表2。

3 實際應(yīng)用

工作順序采用從已知到未知的原則，先選取區(qū)域內(nèi)牧民牲畜取水點大口井做孔旁測深，由點到線，由線到面逐步開展工作。

3.1 特征曲線分析

(1)F02電測深點測深曲線為KHK型曲線(見圖1)，該點位于當(dāng)?shù)啬撩裆笕∷c大口井旁，接近O.Gaor河谷中心位置，根據(jù)曲線形態(tài)把地層自上而下分為5層，結(jié)合鉆孔資料共同分析:第一層曲線AB/2小于1.5 m，地層深度小于1 m，未能在曲線上完整顯示;第二層曲線AB/2=1.5～9 m，視電阻率值逐漸抬升至1 100Ω·m，推測地層底板埋深為5 m，地層巖性為地表沙、沙土，不含水地層;第三層曲線AB/2=9～40 m，視電阻率值逐漸下降至400Ω·m，推測地層底板埋深為25 m，地層巖性為含礫粗砂巖，在地層編錄中未有明顯地層劃分，推測為含有較多的泥質(zhì)膠結(jié)的含礫粗砂巖，為不含水地層;第四層AB/2=40～180 m，視電阻率值逐漸抬升至1 000Ω·m，推測地層底板埋深為75 m，地層巖性為含礫粗砂巖、細(xì)砂巖、紅砂巖，推測為鈣質(zhì)膠結(jié)，顯示為較高視電阻率值，裂隙較發(fā)育或微發(fā)育，為主要含水地層;第五層AB/2=180～480 m，視電阻率呈下降趨勢，推測地層為花崗巖接觸帶和花崗巖，含水性差，為隔水底板，未探測至花崗巖底板。

圖1 F02點電測深曲線

圖2 A36點電測深曲線

(2)A36物探點測深曲線為AK型曲線(見圖2)，根據(jù)曲線形態(tài)把地層自上而下分為4層，結(jié)合附近鉆孔資料共同分析:第一層AB/2=1.5～6 m，視電阻率逐漸抬升至2 000Ω·m，推測地層底板埋深為3.5 m，地層巖性為地表沙、沙土，為不含水地層;第二層AB/2=6～30 m，視電阻率繼續(xù)抬升3 000Ω·m，幅度較為平緩，推測地層底板埋深15 m，地層巖性為含礫粗砂巖，有少量泥質(zhì)膠結(jié)，為不含水地層;第三層AB/2=30～180 m，視電阻率值繼續(xù)抬升至5 500Ω·m，抬升幅度較快，推測地層底板埋深80 m，地層巖性為含礫粗砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)，裂隙較發(fā)育或微發(fā)育，為主要含水層;第四層AB/2=180～480 m，視電阻率值持續(xù)降低，推測地層為花崗巖接觸帶和花崗巖，為隔水底板，未探測到花崗巖底板。

通過對以上兩條特征曲線進行分析，勘探區(qū)域內(nèi)主要含水地層為鈣質(zhì)膠結(jié)含礫粗砂巖，裂隙較發(fā)育或微發(fā)育，根據(jù)鉆孔抽水資料，該層在靜水位以下厚度越大其出水量一般也越大。含水地層與其下覆地層有非常明顯的電性差異，下覆花崗巖接觸帶具有非常低的電阻率性質(zhì)，較容易判別含水層底部埋深。

勘探區(qū)域內(nèi)含水地層在測深曲線上具有如下特征:1、測深曲線類型上一般表現(xiàn)為K型或AK型曲線中段，其水平漸近線視電阻率值一般為2 000～4 000Ω·m;2、含水層下覆的花崗巖接觸帶和花崗巖在勘探區(qū)域內(nèi)普遍存在，一般可以作為含水層隔水底板。

3.2 視電阻率等值斷面圖分析

在單點電測深研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)河流走向、地形起伏等條件布置電測深剖面，追索含水層厚度走向、基巖起伏等情況。

以F01電測深點位基點，在其兩側(cè)繼續(xù)布置測深點，形成測線4，繪制測線4視電阻率等值斷面圖(圖3)。測線4長3 km，F(xiàn)01點位于測線2 000 m處，根據(jù)電阻率分布情況，將地層分為4層進行分析:(1)第四系覆蓋層，沿測線普遍存在，厚度0～10 m;(2)泥質(zhì)膠結(jié)砂巖，主要分布在測線500～2 000 m，底板埋深50～70 m;(3)鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖，主要分布在測線0～500m和2 000～3 000m，0～500m底板埋深40～50m，2 000～3 000m底板埋深70～90 m，為主要含水層位;(4)花崗巖，未探測到花崗巖底板埋深。

圖3 測線4視電阻率等值斷面圖

從測線4視電阻率等值斷面圖可知，該區(qū)域主要含水層位于O.Gaor河谷南側(cè)，向南含水層逐漸加深加厚，具有較好的成井條件。

3.3 等AB/2視電阻率平面等值線圖分析

為查明含水層在平面上的分布走向情況，在測線4兩側(cè)繼續(xù)布置測線追索含水層的走向，并將繪制等AB/2=300 m視電阻率平面等值線圖(圖4)。

通過視電阻率平面等值線圖進行分析，工作區(qū)域內(nèi)地層主要分為3部分:(1)花崗巖區(qū):主要分布在勘探區(qū)域北部，視電阻率值1 000～2 000Ω·m，花崗巖頂板逐漸抬升，區(qū)域內(nèi)花崗巖頂板埋深小于50 m，為地下水的隔水邊界;(2)泥質(zhì)膠結(jié)砂巖區(qū):主要分布在勘探區(qū)域中部，視電阻率值100～1 000Ω·m，區(qū)域內(nèi)埋深10～70 m范圍內(nèi)以泥質(zhì)膠結(jié)砂巖為主，含水性和透水性較差;(3)鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖區(qū):主要分布在勘探區(qū)域南部和東南部，視電阻率值2 000～4 000Ω·m，區(qū)域內(nèi)地層巖性鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖為主，含水性和透水性較好，是區(qū)域內(nèi)主要含水帶;在該區(qū)域的西南部，具有廣闊的匯水面積，而且砂巖厚度向西南延伸逐漸變厚，建議在區(qū)域西南部布置鉆孔。

圖4 等AB/2=300 m視電阻率平面等值線圖

3.4 綜合分析

通過以上工作分析，在勘探區(qū)域內(nèi)地下主要含水層為鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖，主要分布與勘探區(qū)域的南部和東南部，厚度較大。地下水從北、西、南三個方向向勘探區(qū)域內(nèi)gouore溝谷方向匯集，沿溝谷向東北方向排泄。在勘探區(qū)域西南部，鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖厚度較大，且地下水連通性較好，具有較好的成井條件，建議在勘探區(qū)域西南部布置鉆孔。

后期水文鉆探根據(jù)物探成果在西南部布置了偵查孔，單孔出水量能夠?qū)_到1.5～3.0 L/s·m，與物探推測結(jié)果一致，能夠初步滿足Amdjarass市用水需要。

4 結(jié)語

(1)采用電測深方法進行能夠工作區(qū)域內(nèi)各地層的電性特征，確定主要含水層的深度和分布位置，而且該方法設(shè)備輕便、工作速度快、效率高，對水文工作起到指導(dǎo)作用。

(2)在撒哈拉地區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)工作程度低，地質(zhì)資料缺乏，因此開展物探找水工作應(yīng)遵循有已知到未知的原則，按點、線、面的順序逐步開展工作，才能夠取得比較好的效果。

(3)物探工作只能間接反映地層物性變化情況，在進行推斷解釋時必須結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)等資料進行共同研究分析，以提高推斷準(zhǔn)確度。

(4)在沙漠地區(qū)進行電測深工作，由于地表干燥，接地電阻大，為電法工作帶來很大困難，需要在供電點澆大量水以減小接地電阻，因此在今后工作中可研究不接地方法對水源地進行勘探。

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