潮白河水源地地球物理勘查

任政委，劉文增，王春輝，龍慧

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北保定071051)

潮白河水源地位于北京市順義區(qū)馬坡鎮(zhèn)。南北長(zhǎng)約4.5 km，東西寬度約1.0 km，面積約3.79 km2。區(qū)內(nèi)地層為第四系沖、洪積沉積物。河床表層為中、粗砂礫石層，透水性好，局部為亞砂土。地下水含量豐富、水質(zhì)優(yōu)良。埋深50～150 m存在4～5個(gè)含水層組，為供水主要目標(biāo)層。

為查明潮白河地下水源地核心區(qū)含水層結(jié)構(gòu)，在水源地典型區(qū)段開(kāi)展音頻大地電磁和可控源地震勘查，為水源地合理開(kāi)發(fā)利用提供技術(shù)支持。

1 水源地地球物理勘查

1.1 含水層地球物理特征

地球物理探測(cè)效果取決于地下地球物理場(chǎng)特征的差異變化程度。這些差異的變化程度取決于被探測(cè)介質(zhì)的含水量、孔隙尺寸、地層結(jié)構(gòu)等因素。用于區(qū)別含水層最有效的地球物理特征參數(shù)為電阻率和地震波速。

電阻率:從含水砂礫石層至含泥質(zhì)礫石層，電阻率顯著減小。

地震波速:隔水層具有較強(qiáng)的反射振幅，其波組連續(xù)性、同相性及頻相穩(wěn)定特征是劃分隔水層的標(biāo)志，兩組強(qiáng)反射波組之間的強(qiáng)度減弱分布特征，反映地下砂礫含水層的空間分布規(guī)律。

松散含水層典型地球物理響應(yīng)見(jiàn)圖1:

圖1 松散含水層地球物理響應(yīng)

1.2 音頻大地電磁勘查成果分析

音頻大地電磁采用天然場(chǎng)源，觀測(cè)的基本參數(shù)為時(shí)間域正交的電場(chǎng)分量(Ex、Ey)和磁場(chǎng)分量(Hx、Hy)。通過(guò)頻譜分析及一系列運(yùn)算，求得不同頻率的視電阻率值?？碧缴疃入S著頻率的變小而增大，通過(guò)改變頻率可以達(dá)到測(cè)深的目的。

1.2.1 地電特征

將音頻大地電磁反演與同一緯度的20#鉆孔柱狀圖進(jìn)行對(duì)比分析(圖2)。20#井深225 m，靜水位48 m。從鉆孔柱狀圖上看，含水層巖性以砂礫石、砂礫石含卵石為主，在音頻大地電磁剖面中表現(xiàn)為高阻，當(dāng)泥質(zhì)含量增加時(shí)電阻率降低。因此，該方法能準(zhǔn)確地劃分出含水層空間結(jié)構(gòu)。

表1 地點(diǎn)特征

1.2.2 成果分析

由圖1可得，電阻率呈高-低-高分布，對(duì)應(yīng)該位置含水層分布為含水層-隔水層-含水層交替出現(xiàn)。淺部0～40 m，局部電阻率值大于90 Ω·m，推斷為靜水位面以上干砂層。深度40～60 m，電阻率45～60 Ω·m，為中砂至粗砂地層，富水性中等。深度60～140 m，電阻率值大于60 Ω·m，該層富水性較好。深度140～210 m，由于粘土含量增加，電阻率逐漸降至25 Ω·m。深度219 m，電阻率逐漸抬升，推測(cè)已進(jìn)入完整基巖。

圖2 音頻大地電磁法勘查結(jié)果

圖3 淺層地震法勘查結(jié)果

古河道在電法勘查結(jié)果表現(xiàn)為明顯的高阻圈閉特征(圖2)，富水性較好。由圖2可得，距剖面起點(diǎn)30～90 m及180～240 m段，電阻率大于90 Ω·m，推斷為古河道含砂卵礫層，富水性較好，是兩處理想的定井井位。

1.3 可控源地震勘查成果分析

震源采用Minivib車(chē)載可控震源，該震源具有自相關(guān)能力，抗干擾能力強(qiáng)，地震波信號(hào)性能穩(wěn)定;其掃描頻率、頻帶范圍可調(diào)，可激發(fā)高頻率、寬頻帶的可控制的震蕩波。

地震波向地下深部傳播，遇到介質(zhì)彈性差異面時(shí)會(huì)發(fā)生反射、透射和折射等物理過(guò)程，在地表若干位置布置檢波器，配合地震儀采集來(lái)自地下彈性界面的地震反射波信號(hào)。處理、分析和研究相關(guān)記錄，可以推斷該工作區(qū)的地下地質(zhì)信息。

通過(guò)速度分析，得到地震反射波組雙程反射時(shí)間-疊加速度關(guān)系，通過(guò)時(shí)間-深度轉(zhuǎn)換計(jì)算，得到雙程反射時(shí)間-深度關(guān)系。依據(jù)西-2號(hào)井鉆孔資料，對(duì)地震反射波組進(jìn)行層位標(biāo)定(表2)。

表2 地震反射波組與含水層位對(duì)應(yīng)關(guān)系表

由圖3可得，靜水位深度變化呈49 m～50 m逐漸變深的形態(tài);呈210 m～215 m由淺至深的變化形態(tài)。5個(gè)含水層組呈現(xiàn)條帶狀緩降形態(tài)，屬典型的山前沖洪積水系古河道層狀異常規(guī)律。距剖面起點(diǎn)40～100 m，深度70～150 m，地震反射波組明顯減弱，局部出現(xiàn)中斷，推斷以上四處區(qū)域存在砂卵石層、富水性較好，且各個(gè)含水層組上下貫通性較好。距剖面起點(diǎn)160～240 m在深度70～150 m之間，地震反射波組明顯減弱，推斷該區(qū)域?yàn)楣藕拥?。與音頻大地電磁勘查結(jié)果一致。

2 結(jié)語(yǔ)

(1)音頻大地電磁電阻率呈高-低-高分布，地震勘查反射波組整體呈間斷不連續(xù)性，這與該區(qū)域砂泥巖互層，局部存在含砂透晶體及古河道砂礫石與粘砂層互層密切相關(guān)。

(2)5個(gè)含水層組呈現(xiàn)條帶狀緩降形態(tài)，屬典型的山前沖洪積水系古河道層狀異常規(guī)律，且各個(gè)含水層組上下貫通性較好。

(3)本區(qū)域靜水位為48～50 m，整體趨勢(shì)呈北淺南深、西淺東深;基巖埋深為200～220 m，整體趨勢(shì)，北淺南深，中間淺兩邊深。

［1］Kneisel，C.，Assessment of subsurface lithology in mountain environments using 2D resistivity imaging，Geomorphology 80，32-44，2006

［2］武毅，查恩來(lái)等編著，含水層含水量預(yù)測(cè)綜合物探技術(shù)［M］.地質(zhì)出版社，2012年.

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