綜合電法在贛南紅層區(qū)地下水勘探中的應(yīng)用研究

胡文　盧放　李戍　雷鳴

摘 要：贛南地區(qū)廣泛分布著紅層地層，紅層區(qū)的城鎮(zhèn)和農(nóng)業(yè)人口集中區(qū)存在供水與缺水問(wèn)題，長(zhǎng)期沒(méi)有根本解決，威脅到缺水區(qū)農(nóng)民的生存環(huán)境，制約貧困人口全部脫貧目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為了解決這一問(wèn)題，在贛南典型地區(qū)，利用多種水文物探方法（大地電場(chǎng)法、音頻大地電磁法、高密度電法、激發(fā)極化法等）開(kāi)展綜合地球物理勘查查研究工作，歸納總結(jié)紅層地區(qū)富水巖體的電性特征及有效的勘查模式，為實(shí)施供水示范工程和城鎮(zhèn)應(yīng)急水源地評(píng)價(jià)，有效緩解當(dāng)?shù)厝罕婏嬎щy提供有效依據(jù)

關(guān)鍵詞：紅層;電性特征;地球物理勘查

0 前言

本次研究以贛州市興國(guó)縣為例，在充分收集前人工作資料的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了興國(guó)縣野外地質(zhì)調(diào)查工作，研究了該地區(qū)紅層水文地質(zhì)特征，探索了紅層區(qū)隙水賦存規(guī)律。與此同時(shí)，進(jìn)行了綜合電法勘查工作，獲取紅層區(qū)了各類(lèi)電性參數(shù)的分布特征，歸納總結(jié)紅層地區(qū)富水巖體的電性特征及有效的勘查模式，為實(shí)施供水示范工程和城鎮(zhèn)應(yīng)急水源地評(píng)價(jià)，有效緩解當(dāng)?shù)厝罕婏嬎щy提供有效依據(jù)。

1 綜合電法

地下水勘查中，物探要解決的地質(zhì)問(wèn)題主要為以下幾個(gè)方面：首先是含水層空間結(jié)構(gòu)特征精細(xì)刻畫(huà);其次是地層富水性強(qiáng)弱的判別;最后是地層巖性以及構(gòu)造變化規(guī)律特征，為地下水賦存、運(yùn)移規(guī)律的研究提供技術(shù)支撐。要解決這些問(wèn)題，目前可以選用的物探方法比較多，實(shí)際工作中要依據(jù)工作區(qū)內(nèi)地質(zhì)及其地球物理特征來(lái)選擇合適的方法及其組合。采用的物探方法既要考慮其本身的技術(shù)要求，同時(shí)考慮到綜合物探參數(shù)相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充的優(yōu)勢(shì)，盡可能準(zhǔn)確判別含水介質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)特征。本工作區(qū)主要采用以下幾種物探方法，即音頻大地電場(chǎng)法、音頻大地電磁法、激電法和高密度電法。

1.1 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法是以巖、礦石激發(fā)效應(yīng)差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)激電效應(yīng)來(lái)探查地下地質(zhì)情況或解決某些水文地質(zhì)問(wèn)題的一類(lèi)電法勘探方法[1]。視極化率是時(shí)間域激發(fā)極化法的一種基本測(cè)量參數(shù)。當(dāng)?shù)叵聨r、礦石的極化率分布不均勻時(shí)，用某一電極裝置測(cè)量得到的視極化率，實(shí)際上就是電流作用范圍內(nèi)地形及各種極化體激發(fā)極化效

應(yīng)的綜合反映。其表達(dá)式為：

1.2 高密度電法

高密度電法，亦稱(chēng)高密度電阻率法，是普通電阻率法的延伸和發(fā)展，是建立在地殼中各種巖（礦）石之間具有導(dǎo)電性差異的基礎(chǔ)之上，采用陣列技術(shù)，通過(guò)觀測(cè)和研究在人工電場(chǎng)作用下地下傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律[2]，達(dá)到查明地下地質(zhì)構(gòu)造或?qū)ふ矣杏玫V產(chǎn)目的的一種陣列勘探方法。與傳統(tǒng)的電阻率法相比，成本低、效率高、信息豐富、解釋方便。高密度電法主要用于淺層地層結(jié)構(gòu)的精細(xì)刻畫(huà)。特別是淺層含水層空間探測(cè)中效果明顯。

1.3 音頻大地電磁法

該方法觀測(cè)正交的電場(chǎng)分量（Ex、Ey）和磁場(chǎng)分量（Hx、Hy），采用頻譜分析及一系列運(yùn)算，求得不同頻率的視電阻率值。對(duì)視電阻率值分布特征進(jìn)行地球物理解釋?zhuān)_(dá)到劃分地層結(jié)構(gòu)、查明地質(zhì)構(gòu)造空間分布特征的目的。對(duì)于水平均勻?qū)訝畲蟮亟橘|(zhì)，視電阻率計(jì)算公式[3]如下：

1.4 音頻大地電場(chǎng)法

音頻大地電場(chǎng)法是以頻率在20-20KHz（即亞音頻和音頻）范圍內(nèi)的天然電場(chǎng)為場(chǎng)源。在地面測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度Ex，反映地層電阻率的變化，達(dá)到查明地質(zhì)構(gòu)造的目的。觀測(cè)時(shí)，在地表沿一定方向布置測(cè)線，在測(cè)線上逐點(diǎn)測(cè)量?jī)呻姌OM、N間的交流電位差ΔV，然后計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度Ex：

2 富水性類(lèi)型及找水思路

工作區(qū)主要富水性類(lèi)型為：（1）松散層類(lèi)孔隙水;（2）碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水;（3）風(fēng)化層孔隙裂隙水;（4）基巖構(gòu)造裂隙水[4]。

實(shí)際物探勘查時(shí)要了解當(dāng)?shù)氐乃臈l件、地質(zhì)特征，以確定富水性類(lèi)型和找水方向，這樣才能依據(jù)不同富水性類(lèi)型選擇對(duì)應(yīng)的物探方法及其組合。松散層類(lèi)孔隙水一般埋深較淺，可以用高密度加激發(fā)極化發(fā)物探組合來(lái)勘查;碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水埋深深淺不一，對(duì)于水位較淺地區(qū)地下水勘查選擇高密度電法和激電測(cè)深法組合方式最佳，對(duì)于地下水水位較深地區(qū)，在電磁干擾程度較低時(shí)，可采用AMT法+激發(fā)極化法的工作模式;風(fēng)化層孔隙裂隙水工作區(qū)內(nèi)埋深一般較淺，在100米以?xún)?nèi)，主要采用高密度加激發(fā)極化發(fā)物探組合來(lái)勘查;基巖構(gòu)造裂隙水一般為脈狀，一般先用大地電場(chǎng)法快速定位裂隙大概位置，然后采用高密度+激發(fā)極化法或者AMT法+激發(fā)極化法來(lái)勘查。實(shí)際工作中還要視工作區(qū)地形地貌及干擾情況來(lái)確定物探方法。

3 地質(zhì)地球物理特征

由于選擇電磁法類(lèi)物探方法，表征地層地球物理特性的主要是地層的電性參數(shù)，主要為電阻率、極化率等。含水層空間結(jié)構(gòu)的劃分主要是依據(jù)電阻率值的大小以及電阻率等值線梯度變化的大小來(lái)確定，測(cè)線剖面上，縱向上電阻率等值線梯度變化比較大的區(qū)域一般為地層巖性界面，地層富水性的判定主要是依據(jù)地層極化率大小、半衰時(shí)以及電阻率的變化情況等。

4 應(yīng)用實(shí)例

旺口鵝灣村位于興國(guó)縣東南方向龍口鎮(zhèn)境內(nèi)。工作區(qū)北邊為河流，東南西方向?yàn)楦呱角?。?duì)工作區(qū)水文地質(zhì)條件調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合本村的地形地貌條件等特征，在鵝灣村主要采用高密度電法以及激電法物探工作。測(cè)量成果圖見(jiàn)圖4-1及4-2。

由圖4-1剖面圖可見(jiàn)，工作區(qū)表層構(gòu)造不發(fā)育，主要巖性為卵礫石層，下層為白堊系砂巖，為查明工作區(qū)富水性情況，分別在高密度曲線105米和340米處布置2個(gè)激電點(diǎn)：IP1-1、IP1-2。由圖4-2可知IP1-1相對(duì)有更高極化率、高半衰時(shí)，且在AB/2=50-65有一富水性較好的含水層。后經(jīng)打井驗(yàn)證，單井涌水量達(dá)1980m3/d。

5 結(jié)論

1、利用綜合電法在紅層地下水勘查中能確定很好的成果，有效解決工區(qū)缺水問(wèn)題。

2、興國(guó)紅層地層的電性特征，一般體現(xiàn)為低電阻率低極化率低半衰時(shí)。當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)低電阻率、高極化率、高半衰時(shí)、高激發(fā)比以及低偏離度時(shí)，說(shuō)明該區(qū)域富水性較強(qiáng)。

3、明確勘察思路，實(shí)際物探勘查時(shí)要了解當(dāng)?shù)氐乃臈l件、地質(zhì)特征，以確定富水性類(lèi)型和找水方向，這樣才能依據(jù)不同富水性類(lèi)型選擇對(duì)應(yīng)的物探方法及其組合。

參考文獻(xiàn)

[1]B.A.柯馬洛夫，激發(fā)極化電法勘探，地質(zhì)出版社[M]，1983。

[2]吳強(qiáng)，雷宛等，高密度電法在地下水流向調(diào)查中的應(yīng)用探究[J].世界有色金屬.2018（03）

[3]劉國(guó)棟，趙國(guó)澤.大地電磁法新進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展.1994（04）

[4]張艷梅;劉喜友，電法勘探在尋找基巖構(gòu)造含水帶中的應(yīng)用[J]，黑龍江科技信息，2011（01）