高密度電法在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件下的找水效果

冼詩盛

廣西第一地質(zhì)隊，廣西桂林541001

高密度電法在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件下的找水效果

冼詩盛

廣西第一地質(zhì)隊，廣西桂林541001

從廣西“十二五”農(nóng)村安全飲水工程找水實例出發(fā)，介紹了高密度電阻率法的應(yīng)用效果，說明了高密度電阻率法在找水勘查中有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，在碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖以及斷層構(gòu)造等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造上取得了良好的地質(zhì)效果，完全可以作為類似復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造地區(qū)找水首選的物探方法.

高密度電法；碳質(zhì)；地質(zhì)構(gòu)造；地下水；廣西

0 前言

在“十二五”農(nóng)村安全飲水工程找水項目中，廣西第一地質(zhì)隊承擔(dān)廣西數(shù)個縣（區(qū)）的找水打井任務(wù)，大多數(shù)打井村屯屬于巖性復(fù)雜、水文地質(zhì)條件差、找水難度大的地區(qū).筆者主要應(yīng)用高密度電法，通過深入細(xì)致的研究，在碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖以及斷層構(gòu)造等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造上取得較好的地質(zhì)效果，找到了豐富的地下水，為今后在類似復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造地區(qū)找水提供了有益借鑒.

1 高密度電阻率法原理

高密度電法的原理與普通電法相同，所不同的是采用多功能直流電法儀為主控機(jī)，配以多路電極轉(zhuǎn)換器以及大線電纜、電極等構(gòu)成的高密度電法測量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)場地條件和地質(zhì)條件選取一種或多種裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由專用軟件進(jìn)行地形校正、數(shù)據(jù)濾波、反演計算等一系列處理后，繪制物探剖面視電阻率斷面反演圖，根據(jù)圖中視電阻率分布形態(tài)，了解地下一定深度范圍內(nèi)縱、橫向電性變化情況和特征，再綜合分析判斷異常體的性質(zhì)、位置及規(guī)模，為鉆孔工程的布設(shè)提供依據(jù).其工作方法及流程如圖1［1］.

工作區(qū)雖是卡斯特地貌區(qū)，但構(gòu)造條件復(fù)雜，所有找水村屯中含碳質(zhì)巖性地層村屯占30%，其余村屯地層為灰?guī)r、硅質(zhì)巖.構(gòu)造也很復(fù)雜.就灰?guī)r及硅質(zhì)巖而言，其電阻率一般為n×100～n×1000 Ωm，充水破碎帶及溶洞電阻率則低至n×100 Ωm以下［2］，電性差異非常明顯，電法找水命中率很高.而碳質(zhì)巖性電阻率則很低，一般為100 Ωm以下，對物探異常造成較大干擾.但筆者應(yīng)用以高密度電阻率法為主要方法在碳質(zhì)干擾及復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)開展工作，充分研究測區(qū)地層、構(gòu)造、巖溶發(fā)育特點(diǎn)等，對比研究各異常特征，取得了很好的找水效果.

圖1 高密度電法工作原理圖Fig.1 Schematic diagram for high-density electrical prospecting method

2 野外工作方法及資料處理

本次物探找水應(yīng)用的主要方法是高密度電阻率法，采用溫那或施倫貝謝爾裝置進(jìn)行連續(xù)滾動掃描測量，一般掃描22～25層，測量電極數(shù)為60個，電極距5 m.

野外數(shù)據(jù)采集完成后將各排列數(shù)據(jù)由儀器傳輸?shù)接嬎銠C(jī)并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)資料運(yùn)用專用軟件進(jìn)行處理和勾繪視電阻率等值線圖等圖件.采用SURFER或RES2DINV二維反演軟件反演計算，進(jìn)行綜合解譯.

3 成果解釋及找水實例

3.1 兩江鎮(zhèn)大夏村獨(dú)田屯斷層水探測

對于剖面1推斷解釋如下.

1線高密度視電阻率反演斷面如圖2所示.從圖中可看出：以剖面中部為界有明顯的陡立電性界線，其中7.5～150 m為低阻電性地層，推斷地層為碳質(zhì)泥巖、頁巖，推斷陡立電性界線為斷層（破碎帶），斷層向小號點(diǎn)傾斜，斷層傾向在溫納裝置剖面顯示很清楚，推測傾角約83°；150~275.5 m為高阻電性地層，推斷地層為較完整的砂巖或硅質(zhì)巖；200~220 m為一低阻異常，形態(tài)狹小向大號傾斜，埋深約40 m，推斷為破碎發(fā)育所致，破碎裂隙內(nèi)充填淤泥或水；在142 m施工的鉆孔揭露的巖心破碎，為斷層破碎帶.解釋結(jié)果見地質(zhì)推斷解釋圖3.

圖2 兩江鎮(zhèn)獨(dú)田村剖面1高密度電法（溫納）視電阻率擬斷面圖Fig.2 High-density apparent resistivity pseudosection at Dutiancun

圖3 兩江鎮(zhèn)獨(dú)田村剖面1地質(zhì)推斷解釋斷面圖Fig.3 Geological inferred and interpreted section at Dutiancun

通過物探工作，基本查明了測區(qū)覆蓋層厚度，以及構(gòu)造發(fā)育情況，推斷的斷層破碎帶位置與地質(zhì)資料吻合，鉆探結(jié)果證明了斷層的存在.根據(jù)物探建議在142 m施工的鉆孔，于32.6 m深度遇到斷層破碎帶，地下水呈承壓態(tài)由孔口涌出，涌水量1200 m3/d.物探在斷層破碎帶地下水探測取得良好的找水效果.

3.2 兩江鎮(zhèn)渡頭粟村屯碳質(zhì)泥巖硅質(zhì)巖接觸帶探測

對于剖面4推斷解釋如下.

4線高密度視電阻率反演斷面如圖4所示.從圖中看出：剖面90 m有明顯的較陡的電性界線.其中7.5～95 m為高阻電性地層，對應(yīng)地層為C1y硅質(zhì)巖，推斷陡立電性界線為巖性界線或斷層（破碎帶），巖性界線（破碎帶）向大號端傾斜，傾角較陡，推斷結(jié)果與事后收集掌握的地質(zhì)資料一致；95~275.5 m為低阻電性地層，為地層C1y碳質(zhì)泥灰?guī)r、泥巖，與硅質(zhì)巖正常接觸.解釋結(jié)果見地質(zhì)推斷解釋圖5.

在95 m施工的鉆孔于2~18 m遇到碳質(zhì)泥巖，含水很高，巖芯柔軟，風(fēng)干即碎；18~46 m為硅質(zhì)巖；18~ 46 m為鉆孔含水層；46~80 m為巖芯較完整的硅質(zhì)巖、泥巖.

通過高密度電法，查明了測區(qū)硅質(zhì)巖、碳質(zhì)泥巖的分布情況，以及構(gòu)造發(fā)育情況.鉆探結(jié)果證明了推斷巖性界線（破碎帶）的存在.物探建議在4線95 m施工的鉆孔在46 m即打到破碎帶硬底，地下水呈承壓態(tài)由孔口涌出，涌水量800 m3/d.

3.3 臨桂鎮(zhèn)麒麟村車頭屯灰?guī)r斷層探測

車頭屯灰?guī)r斷層探測工作曾經(jīng)開展過高密度電法和天然場電磁法工作，并且以天然場電磁法工作結(jié)果布設(shè)了4個孔，均無水.最后，筆者又設(shè)計了2條高密度電法（物探測線布置圖見圖6）.現(xiàn)僅對布孔剖面做推斷解釋.

對剖面6推斷解釋如下.

圖4 兩江鎮(zhèn)渡頭粟村剖面4高密度電法視電阻率擬斷面圖Fig.4 High-density apparent resistivity pseudosection at Sucun

圖5 兩江鎮(zhèn)渡頭粟村剖面4地質(zhì)推斷解釋斷面圖Fig.5 Geological inferred and interpreted section at Sucun

圖6 臨桂鎮(zhèn)麒麟村車頭屯物探測線布置圖Fig.6 Layout of geophysical prospecting line in Chetoutun

剖面6高密度視電阻率反演斷面如圖7所示.從圖中看出：以剖面中部為界有明顯的陡立電性界線.其中7.5～132.5 m為低阻電性地層，推斷地層為D1碳質(zhì)灰?guī)r，推斷陡立電性界線為斷層（巖溶破碎帶）發(fā)育，斷層（破碎帶）向小號端傾斜，傾角較陡，該推測斷層與掌握的地質(zhì)資料的斷層位置一致；132.5~275.5 m為高阻電性地層，推斷地層為較完整的D3r灰?guī)r，與D1碳質(zhì)灰?guī)r斷層接觸、解釋結(jié)果見地質(zhì)推斷解釋圖8.

通過本次物探工作，查明了測區(qū)覆蓋層厚度、灰?guī)r分布情況，以及構(gòu)造發(fā)育情況，推斷的斷層破碎帶位置與事后得到的地質(zhì)資料相吻合，鉆探結(jié)果也證明了斷層的存在.根據(jù)物探建議在6線132.5 m施工的鉆孔于40~45 m打到3個溶洞，其中44~45 m為最大溶洞，涌水量不小于500 m3/d.

4 結(jié)語

圖7 臨桂鎮(zhèn)麒麟村車頭屯剖面6高密度電法視電阻率擬斷面圖Fig.7 High-density apparent resistivity pseudosection at Chetoutun

1）高密度電法具有觀測精度高、數(shù)據(jù)采集量大、地質(zhì)信息豐富、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn).一次布極可以完成縱、橫向二維勘探過程，既能反映地下某一深度沿水平方向巖土體的電性變化，同時又能提供地層巖性沿縱向的電性變化情況，具備電剖面法和電測深法兩種方法的綜合探測能力.

圖8 臨桂鎮(zhèn)麒麟村車頭屯剖面6地質(zhì)推斷解釋斷面圖Fig.8 Geological inferred and interpreted section at Chetoutun

2）根據(jù)測區(qū)地質(zhì)、地形以及地球物理特點(diǎn)，采用高密度電法為主開展物探工作，能較好地反映覆蓋層厚度、基巖起伏等實際情況，物探異常與地質(zhì)資料的已知斷層破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造體所在位置相一致，鉆探結(jié)果也都打到了賦水構(gòu)造，說明高密度在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，不同巖性地區(qū)尋找地下水賦水構(gòu)造是可行有效的.可以作為類似地區(qū)找水的首選物探方法.

［1］王興泰.工程與環(huán)境物探新方法新技術(shù)［M］.地質(zhì)出版社,1996: 108—111.

［2］傅良魁.電法勘探教程［M］.北京：地質(zhì)出版社,1982:7—13.

APPLICATION OF HIGH-DENSITY ELECTRICAL METHOD IN GROUNDWATER EXPLORATION UNDER COMPLEX GEOLOGIC STRUCTURAL CONDITIONS

XIAN Shi-sheng

The Guangxi No.1 Geological Team,Guilin 541001,Guangxi Autonomous Region,China

Taking groundwater exploration for the rural drinking water safety project in Guangxi Region of the 12th Five-Year Plan as an example,the author uses the high-density electrical resistivity method in search of groundwater in complex geological structures like carbonaceous mudstone,ampelitic limestone,siliceous rock and fault structures,and achieves good geological effects,which may serve as the preferred geophysical prospecting method in groundwater exploration in similar complex geologic structural areas.

high-density electrical method;carbonaceous;complex geologic structural condition;groundwater;Guangxi Region

1671-1947（2015）02-0132-05

P631.3

A

2014－10－16；

2015-03-03.編輯：李蘭英．

冼詩盛（1963—），男，高級工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)物探技術(shù)工作，通信地址廣西壯族自治區(qū)臨桂縣金水路29號廣西第一地質(zhì)隊，E-mail//xianshisheng@163.com