地面電法在巴林左旗扶貧鑿井工程中的應(yīng)用

高文明，許 海，趙寶忠，劉全國(guó)，于 洋

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

地面電法在巴林左旗扶貧鑿井工程中的應(yīng)用

高文明，許 海，趙寶忠，劉全國(guó)，于 洋

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

巴林左旗是我國(guó)水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)之一。本文介紹了利用地面電法，在巴林左旗扶貧鑿井工作中確定井位。扶貧工作組首先在測(cè)區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)踏勘，并向當(dāng)?shù)厝罕娏私庖恍╄従闆r，運(yùn)用水文地質(zhì)方法分析初步適宜鑿井的地點(diǎn)，再布置地面電法工作，進(jìn)而依據(jù)測(cè)深曲線的解釋資料確定井位，最后通過實(shí)際鑿井工作來對(duì)物探工作加以驗(yàn)證。工作過程中，靈活運(yùn)用水文、地質(zhì)理論知識(shí)，通過實(shí)踐，豐富了找水經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化了理論知識(shí)的掌握。

地面電法；電測(cè)深；激發(fā)極化

0 引言

巴林左旗是我國(guó)水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)之一。巴林左旗地處內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市北部大興安嶺山脈向西南延伸處，總面積6644km2，總?cè)丝?5.8萬人，屬干旱、半干旱大陸性氣候，降雨稀少。當(dāng)?shù)厝罕娫诖罅Πl(fā)展本旗經(jīng)濟(jì)的過程中更多的受到了水資源嚴(yán)重匱乏的限制。針對(duì)這一缺水現(xiàn)狀，我院于2003—2010年間利用地面電法在該旗嚴(yán)重缺水地帶尋找水源打井取得了成功，共打井71眼，定井成功率達(dá)到了98.6%，把有限的扶貧資金最大限度的投入到了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展中。由于利用地面電法找水效果顯著，在該地區(qū)取得了突破性進(jìn)展，收到了當(dāng)?shù)卣腿罕姷暮迷u(píng)，取得了良好的社會(huì)效益。

1 地質(zhì)概況

巴林左旗處于巨型緯向構(gòu)造體系的陰山—天山構(gòu)造帶及新華夏體系隆起與沉降帶交接復(fù)合部位，受兩大構(gòu)造輪廓影響構(gòu)成該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要特征。巴林左旗位于大興安嶺向南延伸的余脈，屬半沙化草原地帶。旗境以山地丘陵為主，地勢(shì)由西北向東南逐漸降低，略呈南北走向。平均海拔600m左右，最高海拔1735.7m，最低海拔394m。山地占64%，丘陵占16%，川地占20%。

旗域范圍內(nèi)自太古界到新生界均有出露，巖石類型復(fù)雜，火山碎屑巖分布面積較大，分布在林東鎮(zhèn)北側(cè)至海力根臺(tái)的河谷兩側(cè)。在北部、中部、南部均有較大面積的分布噴出巖類，在全域零星塊狀分布侵入巖類。變質(zhì)巖類以片麻巖為主，在烏爾吉沐淪河的林東以南河谷兩側(cè)及沙那水庫(kù)匯水域南側(cè)及北部有多點(diǎn)分布。

當(dāng)?shù)氐牡叵滤a(bǔ)給來源主要靠大氣降水，地下水主要排泄方式為河流排泄和人工開采。而山地、山前基巖水多就地排泄，因其徑流途徑短，補(bǔ)給徑流條件較弱。基巖地區(qū)普遍缺乏大、中型規(guī)模的儲(chǔ)水構(gòu)造，僅在構(gòu)造破碎帶附近形成規(guī)模不等的帶狀或島狀較相對(duì)富水區(qū)。地下水沿古地形起伏，向地勢(shì)低洼的部位運(yùn)移，在匯水條件好的部位，便能夠形成零星分布，水量有限，水質(zhì)復(fù)雜的第四系松散孔隙水。

測(cè)區(qū)第四系以坡積、沖洪積與冰積為主（2005年度扶貧打井項(xiàng)目工作技術(shù)報(bào)告，2005），巖性主要為干黃土、黃土狀粘砂土、粘土和砂卵礫石層。粘土層與砂卵礫石層電性差異明顯。基巖的富水性受構(gòu)造控制，構(gòu)造裂隙的發(fā)育程度決定著基巖水量的大小。從地球物理角度出發(fā)，完整的巖體與其中存在構(gòu)造時(shí)二者所反映的地球物理參數(shù)明顯不同。這種圍巖與裂隙之間存在的物性差異勢(shì)必會(huì)引起不同物探方法的異常反映。

2 地面電法

2.1 工作思路

接到任務(wù)后，項(xiàng)目組遠(yuǎn)赴巴林左旗實(shí)地考察，在對(duì)巴林左旗總體水文地質(zhì)情況初步了解的基礎(chǔ)上，編寫了近7000余字的《關(guān)于解決巴林左旗水源問題的考察報(bào)告》。在具體工作中，通過野外水文地質(zhì)調(diào)查，向當(dāng)?shù)厝罕娏私庖恍┿@孔情況，運(yùn)用水文地質(zhì)分析方法初步確定富水有利地段，在此布置有效的地面電法工作，進(jìn)而依據(jù)測(cè)深曲線的解釋資料確定井位，最后再通過實(shí)際鑿井工作來對(duì)物探工作加以驗(yàn)證。

2.2 工作方法

本項(xiàng)目采用DDJ-2多功能激電儀，進(jìn)行地面電法工作。該儀器能夠同時(shí)采集視電阻率、極化率、半衰時(shí)等多項(xiàng)參數(shù)，具有靈活機(jī)動(dòng)、快速的特點(diǎn)。電測(cè)深法是研究垂向地層巖性變化的成熟方法，它是通過人工建立地下穩(wěn)定直流電場(chǎng)，逐次加大供電電極A、B與測(cè)量電極M、N的極距，了解測(cè)點(diǎn)地下介質(zhì)垂向上視電阻率等參數(shù)變化來確定基巖起伏、覆蓋層厚度，進(jìn)而初步定性確定具有明顯電阻率差異的砂卵礫石層、基巖破碎段，如圖1所示（於益民，1995）。

圖1 電測(cè)深工作示意圖Fig.1 Schematic diagram of electrical sounding

一般情況下，致密完整巖層的視電阻率高于松散或破碎且含水的巖層，粘土的視電阻率低于砂、卵礫石層的視電阻率。充水的古河道、巖溶溶洞水、砂巖裂隙水和充水的斷層破碎帶等含水層，都具有較明顯的激發(fā)極化效應(yīng)，而飽含水分的粘土就沒有強(qiáng)的激發(fā)極化效應(yīng)（李金銘，2004）。

3 應(yīng)用實(shí)例

幾年來，扶貧項(xiàng)目組先后共為巴林左旗貧困地區(qū)成功打井70眼，總進(jìn)尺近4200m，使全旗9個(gè)蘇木鄉(xiāng)鎮(zhèn)、56個(gè)嘎查村、3.6萬貧困人口受益，新增加水澆地達(dá)13000余畝，解決了7300口人、3.2萬頭只牲畜的飲水困難問題。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了當(dāng)?shù)厝嗣裨鍪罩赂唬瑫r(shí)也促進(jìn)了全旗經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面發(fā)展。特別是在索布嘎酒業(yè)村，通過多達(dá)22個(gè)物探測(cè)深點(diǎn)，確定了一基巖井位。該基巖井最終成井深度87.8m，日出水量近2000m3，解決了600畝農(nóng)田的灌溉問題。該井第二年春季配套后全部發(fā)揮效益，每畝地可年增收300元以上。在查干哈達(dá)蘇木前召嘎查村，項(xiàng)目組為村民成功打了一眼水井，順利實(shí)現(xiàn)了生態(tài)移民搬遷工作，還讓這里的127戶500多牧民喝上了自來水，告別了遠(yuǎn)途拉水吃的歷史。

3.1 實(shí)例一

隆昌鎮(zhèn)位于巴林左旗境內(nèi)烏爾吉沐淪河下游，第四系松散層表部為亞粘土，其下多為沖洪積細(xì)砂，底部為粘土含礫或砂礫卵石含粘性土層。由于地下水循環(huán)作用相對(duì)較弱，加之其上廣布洼地，地下水埋藏淺，蒸發(fā)濃縮作用強(qiáng)烈，致使氟離子相對(duì)富集（沈照理，1993），據(jù)已知水井資料，氟化物含量3.5mg/ L。要解決當(dāng)?shù)啬膛ｐB(yǎng)殖場(chǎng)的飲用水問題，尋找和開發(fā)深層低氟水是一條重要途徑。

在該區(qū)進(jìn)行多次電測(cè)深工作，視電阻率ρs曲線多為KH型，其H段是深部主要含水層的反映，其電阻率值高低正反映出含水層顆粒大小。顆粒大的，除了富水性好之外，更重要的是因孔隙大而有利于地下水的徑流循環(huán)，不利于氟化物的聚集。圖2為經(jīng)勘查后并施工的低氟井測(cè)深曲線，圖3為已知的高氟井測(cè)深曲線。

圖2 低氟井測(cè)深曲線Fig.2 Low fuorine well sounding curve

圖3 高氟井測(cè)深曲線Fig.3 High fuorine well sounding curve

由于高氟井主要含水層為細(xì)砂和粘土含礫地層，該層孔隙率低，不利于地下水徑流循環(huán)，礦化度增高，因此氟化物含量高達(dá)3.5mg/L。而低氟井的K段曲線同樣反映為細(xì)砂和粘土含礫地層，但曲線H段電阻率差異較大，反映為含水砂礫石層，無粘土層，該層孔隙率高，利于地下水徑流循環(huán)，故氟化物含量低，僅為0.9mg/L，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 實(shí)例二

該實(shí)例為赤峰巴林左旗一山前傾斜平原，第四系松散層厚度為10～15m，下伏地層為玄武巖，基底為砂巖泥巖，電測(cè)深曲線見圖4、激電測(cè)深曲線見圖5。

圖4 電測(cè)深曲線Fig.4 Electric sounding curve

電測(cè)深曲線為QQ型，但是從視電阻率測(cè)深曲線上無法判斷地層的富水性。然而通過進(jìn)行激電測(cè)深發(fā)現(xiàn)了富水段。視極化率ηs和半衰時(shí)St曲線背景值分別為0.6%～1%和90～120ms，42～150m之間出現(xiàn)高值異常，最大值達(dá)到了2.5%和255 ms，反映該段玄武巖及其下伏砂巖破碎富水特征。在該處布井，鉆探井深176m，靜水位38m，洗井后抽水試驗(yàn)出水量大約為1350m3/d。

圖5 激電測(cè)深曲線Fig.5 IP sounding curve

4 結(jié)論

（1）通過此次扶貧鑿井項(xiàng)目，我們認(rèn)為在一個(gè)地區(qū)開展找水工作，首先應(yīng)充分收集該地區(qū)以往的地質(zhì)、水文地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、氣象等多方面資料，認(rèn)真分析綜合研究，選擇出找水靶區(qū)，再到實(shí)地進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合實(shí)際情況合理開展各項(xiàng)工作，配合有效的物探方法來進(jìn)一步確定含水層的埋藏深度、厚度，以提高鑿井成功率及找水效果。

（2）需要指出的是，在含礦區(qū)進(jìn)行找水時(shí)，不能僅依靠單一的視電阻率曲線進(jìn)行定井，需要結(jié)合地貌、構(gòu)造、巖性、地下水礦化度、半衰時(shí)曲線、極化率曲線綜合分析，做到地質(zhì)知識(shí)的靈活運(yùn)用。

（3）在干旱地區(qū)找水，任重道遠(yuǎn)。通過深入扎實(shí)的工作，總結(jié)出的一套行之有效的找水勘查方法，仍需在今后的工作中通過理論與實(shí)踐的驗(yàn)證。

［1］北京市地質(zhì)工程勘察院. 內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林左旗2005年度扶貧打井項(xiàng)目工作技術(shù)報(bào)告［R］. 2005.

［2］於益民. 找水打井［M］. 北京：水利電力出版社，1995.

［3］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.

［4］沈照理，等. 水文地球化學(xué)基礎(chǔ)［M］. 北京：地質(zhì)出版社，1993.

Application of Ground Electrical Method in Poverty Alleviation Dug Well Projects of Bairin Left Banner

Gao Wenming， Xu Hai， Zhao Baozhong， Liu Quanguo， Yu Yang
（Beijing Institute of Geological Engineering， Beijing 100037）

Bairin Left Banner is one of China's water resources shortage areas. The working group frstly carried out hydrogeological reconnaissance in the test area， then asked for information to some local people， and initially confirmed the dug well location to layout ground electrical method， on the basis of electric sounding curves interpretation results， confirmed the final well location， finally tested practically with the geophysical working results. In a word， the ground electrical method is an effective method to explore the groundwater in the severe water-shortage areas.

Ground electrical method； Electrical sounding； Induced polarization

P314；P631.3

A

1007-1903（2016）03-0079-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.03.015

高文明（1979- ），男，工程師，主要從事地球物理測(cè)井與地下水勘查方法研究；E-mail：gaowenming615@126.com