遼西基巖山區(qū)物探找水方法應(yīng)用與實(shí)例分析

，， ， ，

(中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110032)

遼寧省西部缺水地區(qū)主要是指阜新至朝陽等地區(qū)的8個(gè)縣市,缺水面積達(dá)2 000 km2以上,飲用水困難人口130余萬[1]。缺水問題成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的重要因素。近幾年在東北地區(qū)，相關(guān)部門開展了的針對缺水地區(qū)的地下水勘查等工作，本次研究結(jié)合項(xiàng)目工作部署，選擇在遼寧省凌源市地區(qū)進(jìn)行地下水勘查及供水安全示范工作，針對工作開展中使用的幾種物探技術(shù)方法在找水工作中的應(yīng)用與示范作一些闡述。本次項(xiàng)目中選擇的是在碎屑巖類的地下水、碳酸鹽巖類的地下水和基巖裂隙地下水等基巖山區(qū)開展工作，采用的物探手段有聯(lián)合剖面法、高密度法和激發(fā)極化法。依據(jù)不同的地下水類型的賦存條件,按照物探技術(shù)探找地下水的地質(zhì)條件和地球物理方法構(gòu)建的模型,結(jié)合物探的方法技術(shù)特點(diǎn),有序地實(shí)施工作地開展。按照物探方法的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和有效性,提出不同地下水類型物探勘查技術(shù)方案和鉆探成井建議。

1 研究區(qū)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)

遼寧西省西部地區(qū)簡稱遼西地區(qū),屬于燕山山脈東段。自東往西,包括醫(yī)松嶺山、巫閭山、努魯兒虎山三個(gè)北東向山脈和七老圖山組成盆嶺相間中低山的丘陵地形。此中低山丘陵區(qū)分布范圍較廣,面積約占70%,海撥大多在300～700 m。地貌侵蝕作用強(qiáng)烈,沖溝發(fā)育。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年降雨量500～1 000 mm。大凌河為區(qū)內(nèi)主要水系,貫穿全區(qū)。燕山東段遼西區(qū)位于華北臺地北部前中生代近東西向古亞洲構(gòu)造域與中新生代時(shí)期北東向太平洋構(gòu)造域交接復(fù)合部位,兩大構(gòu)造域的交接復(fù)合,使得區(qū)域構(gòu)造變形非常復(fù)雜[2]。區(qū)內(nèi)斷層規(guī)模較大。區(qū)內(nèi)前第四紀(jì)地層較為齊全發(fā)育,除志留系、泥盆系、三疊系之外,均有出露。出露面積較大的有白堊系、侏羅系、薊縣系及寒武-奧陶系。石炭系、二疊系、太古宇建平群皆為零星出露。尤其中生代地層廣布于各大山間盆地,巖性主要為砂泥質(zhì)碎屑巖類。侵入巖不發(fā)育,呈零星點(diǎn)狀分布。第四系地層主要分布于山間谷地等,成因類型主要是沖洪積和坡洪積。

1.2 地下水類型

根據(jù)地下水賦存的條件,研究區(qū)地下水類型[3]主要包括松散孔隙地下水、碎屑巖類孔隙裂隙地下水、碳酸鹽巖類地下水。松散層孔隙地下水主要賦存在第四系松散堆積物地層中,含水層巖性主要為砂、砂礫(碎)、卵石構(gòu)成,作為遼寧西部地區(qū)的主要可供水水源。其富水性程度主要受地形、地貌等補(bǔ)給的條件控制,還受含水層厚度、分選磨圓程度、松散程度、分布的連續(xù)性、亞粘砂土隔水層分布范圍等條件的控制,以含水層厚度的影響最為突出。碎屑巖類孔隙裂隙地下水賦存在一些白堊系和侏羅系的砂巖、礫巖和砂礫巖等局部構(gòu)造裂隙中。一般白堊系碎屑巖類孔隙、裂隙發(fā)育,富水性好。而對于侏羅系碎屑巖類,其膠結(jié)類型方式不同,孔隙滲透率很低,砂巖以裂隙含水為主,巖層蓄水性變化較大,畜水構(gòu)造僅在構(gòu)造軸部或轉(zhuǎn)折端形成張性構(gòu)造裂隙。碳酸鹽巖類巖地下水主要賦存在寒武-奧陶系、元古宇的灰?guī)r、白云巖中的局部構(gòu)造裂隙溶隙中。該類地下水受構(gòu)造控制,分布極不均勻,蓄水性差異較大?；鶐r構(gòu)造裂隙地下水含水層巖性主要是侵入巖、變質(zhì)巖和火山巖類組成。該類巖組節(jié)理裂隙一般不發(fā)育,地下水賦存于斷層及巖脈、侵入體接觸帶中。

2 方法綜述

物探找尋地下水的方法很多,主要包括視電阻率聯(lián)合剖面法(以下簡稱聯(lián)剖法)、高密度電阻率法(以下簡稱高密度法)、激發(fā)極化法(以下簡稱極化法)、放射法、甚低頻法等等。本次工作開展主要應(yīng)用聯(lián)剖法、高密度法、極化法。

激發(fā)極化法(簡稱IP法)近些年來，不管從理論上或是方法和技術(shù)上都有很大提升,一直被廣泛地應(yīng)用在金屬礦的普查、詳勘中,還普遍地應(yīng)用在探尋地下水資源。一般的直流電法勘探有下列幾類缺點(diǎn):(1)地形變化所顯示的假異常。(2)地表的異常電阻率,把視電阻率的曲線變的復(fù)雜化,對視電阻率的曲線推斷和解釋變的十分困難。激發(fā)極化勘測方法能夠填補(bǔ)直流電法勘測的弊端,使地形的變化不會(huì)顯示出假異常;地表的異常電阻率也不會(huì)產(chǎn)生干擾;能夠有效地利用激電場在時(shí)間上(頻率)特性。此方法不受地形變化和圍巖巖性變化異常的影響,所以在基巖山區(qū)勘探地下水的工作中受到重視[4]。雖然多年來，物探方法已被用于水文地質(zhì)專業(yè)方向找地下水，電阻率法對含水層的直接探測是有效的，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在基巖裂隙中勘查地下水使用聯(lián)合剖面法，勘測效果突出，成功率極高，在低阻地層或破碎帶中，其最大特征是在上方曲線的″低阻正交點(diǎn)”。此特征正是判別地下低電阻率地層或斷裂破碎帶存在的顯著標(biāo)志。根據(jù)實(shí)測，可查明基巖破碎帶，準(zhǔn)確定位鉆探位置，不至盲目布井，大大降低了風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了資金的投入，起到了積極地作用，因此，這種方法在基巖山區(qū)勘查地下水時(shí)得到廣泛應(yīng)用[5]。高密度電法實(shí)際上是融合了電剖面法和電測深法，在原理上是與普通的電阻率勘測方法大致相同。突出的方面是電極布設(shè)可以實(shí)現(xiàn)一次性完成，不但降低了因電極設(shè)置而導(dǎo)致的干擾和故障問題，并且增加了工作效率；可以采用多種電極排列方法進(jìn)行勘測，可獲獲得豐富的地電斷面相關(guān)信息；野外工作中采集數(shù)據(jù)可以達(dá)到自動(dòng)化或半自動(dòng)化程度，使采集數(shù)據(jù)速度大大提高，也可消除因人為因素帶來的誤操作。高密度法對第四系松散結(jié)構(gòu)含水層的富水性；巖溶地區(qū)的溶洞或破碎帶充填物的主要成份及確定基巖裂隙地下水的具有良好的效果[6]。

3 綜合應(yīng)用實(shí)例

3.1 碎屑巖類孔隙裂隙水勘查

圖1 Ⅸ線聯(lián)剖曲線圖

圖2 Ⅹ線聯(lián)剖曲線圖

Ⅸ、Ⅹ線高密度電阻率法實(shí)測視電阻率擬斷面圖、反演模型電阻率斷面圖圖形形態(tài)一致，水平方向上色帶層次分布較連續(xù)，垂直方向隨深度增加，視電阻率值逐漸加大，以深藍(lán)色、淺藍(lán)色、綠色、黃色、紅褐色彩帶顯示，推斷表層為第三系黃土狀土的反映；下部為頁巖、砂巖、礫巖夾泥灰?guī)r及油頁巖。見圖3、圖4。

通過附近民井及硬仗子村一帶機(jī)井調(diào)查，巖性為黃土狀土、砂礫卵石、砂巖、頁巖，水量5～10 T/h。建議井位175/Ⅸ附近，井深80 m。

圖3 Ⅸ線高密度斷面與反演斷面圖

圖4 Ⅹ線高密度斷面與反演斷面圖

3.2 碳酸鹽巖類裂隙水勘查

在遼西凌源市河坎子鄉(xiāng)蘇杖子村更新組，采用聯(lián)剖曲線、高密度電阻率法、激發(fā)極化法結(jié)合應(yīng)用，Ⅺ線聯(lián)剖曲線小極距140/Ⅺ、大極距180/Ⅺ處出現(xiàn)“正交點(diǎn)”異常，曲線對稱性一般，視電阻率值平均在350～630 Ωm之間。見圖5。

圖5 Ⅺ線聯(lián)剖曲線圖

Ⅺ線布設(shè)在半山坡上，經(jīng)現(xiàn)場對露頭觀察及高密度電阻率法實(shí)測視電阻率擬斷面圖、反演模型電阻率斷面圖，推斷215/Ⅺ為花崗巖與灰?guī)r接觸界線，向小號傾，花崗巖覆蓋在灰?guī)r上。表層第四系碎石土厚度小于3.0 m。見圖6。

圖6 Ⅺ線高密度斷面與反演斷面圖

Ⅻ線高密度電阻率法實(shí)測視電阻率擬斷面圖、反演模型電阻率斷面圖圖形形態(tài)一致，水平方向上色帶層次分布連續(xù)，垂直方向隨深度增加，視電阻率值逐漸加大，以深藍(lán)色、淺藍(lán)色、綠色、黃色、紅褐色彩帶顯示，推斷表層為第四系碎石土的反映；下部為花崗巖及灰?guī)r的反映。160/Ⅻ附近風(fēng)化殼較厚10 m左右。見圖8。

圖7 Ⅺ線聯(lián)剖曲線圖

圖8 Ⅺ線高密度斷面與反演斷面圖

Ⅻ線激發(fā)極化測深曲線基本一致，均呈AA型，曲線首支A型上升段為花崗巖，厚度一般小于70 m，曲線中后支上升段為灰?guī)r。見圖9。

圖9 Ⅻ線激發(fā)極化測深曲線

圖10 Ⅰ線聯(lián)剖曲線圖

建議井位160/Ⅻ南10 m楊樹林，距公路15 m左右。設(shè)計(jì)井深80 m，以鉆穿花崗巖層，揭露灰?guī)r為宜。

3.3 基巖構(gòu)造帶裂隙水勘查

在遼西凌源市萬元店鎮(zhèn)大巴勿蘇村，采用聯(lián)剖曲線、高密度電阻率法、激發(fā)極化法結(jié)合應(yīng)用。

Ⅰ線聯(lián)剖曲線AB=140 m極距160/Ⅰ、AB=220 m極距230/Ⅰ處出現(xiàn)低阻“正交點(diǎn)”異常，呈“蝴蝶”狀兩翼張開，曲線對稱性較好，推測斷裂構(gòu)造F1。

Ⅱ線聯(lián)剖曲線AB=140 m極距145/Ⅱ、AB=220 m極距140/Ⅱ處出現(xiàn) “正交點(diǎn)”異常，兩翼張開較小，曲線對稱性不好。見圖10、圖11。

Ⅰ線高密度電阻率法實(shí)測視電阻率擬斷面圖，水平方向上色帶層次分布不連續(xù)，淺部梯度變化較小，相對低阻分布，視電阻率值小于100 Ωm，以深藍(lán)色、淺藍(lán)色、綠色或深綠色彩帶顯示，為第四系松散層亞砂土、亞粘土或砂礫卵石的反映。深部梯度變化較大，視電阻率值大于150 Ωm，以黃色、褐色彩帶顯示，推斷為花崗巖的反映。見圖12。

圖11 Ⅱ線聯(lián)剖曲線圖

圖12 Ⅰ線高密度斷面與反演斷面圖

Ⅱ線高密度電阻率法實(shí)測視電阻率擬斷面圖，水平方向上色帶層次分布不連續(xù)，淺部梯度變化較大，以165/Ⅱ?yàn)榻?，小號視電阻率值大，大號視電阻率值小，底部視電阻率值大?0 Ωm，以黃色、褐色彩帶顯示，為此推測為花崗巖的反映，隱伏巖體比較完整，不存在有規(guī)模的斷層及破碎帶等。見圖13。

圖13 Ⅱ線高密度斷面與反演斷面圖

圖14 Ⅰ線激發(fā)極化測深曲線

Ⅰ線激發(fā)極化測深曲線基本一致，均呈KHA型，曲線首支K型段0～10 m為花崗巖風(fēng)化殼，K或H型下降段為花崗巖，厚度一般10～60 m，推測裂隙較發(fā)育，H或A型上升段為花崗巖。250/Ⅰ點(diǎn)半衰時(shí)背景值大于0.54S,曲線尾支半衰時(shí)、衰減度、極化率呈上升狀態(tài)。因此推測斷裂構(gòu)造F1巖石較破碎，富水性較好。見圖14。

綜合分析Ⅰ線、Ⅱ線各種曲線，建議井位250/Ⅰ點(diǎn)，考慮周邊選礦廠取水影響，設(shè)計(jì)井深150 m。

4 成井情況

根據(jù)水文地質(zhì)勘查及水文地質(zhì)物探解譯成果分析為依據(jù)，根據(jù)工作量分配及缺水地區(qū)地方需求，本次工作在在遼西凌源市四合當(dāng)鎮(zhèn)大馬營子村西地組鉆探進(jìn)尺60.0 m，單井涌水量達(dá)到131.24 m3/d；在遼西凌源市萬元店鎮(zhèn)大巴勿蘇村成井150.8 m，單井涌水量達(dá)到163.68 m3/d；由于在遼西凌源市河坎子鄉(xiāng)蘇杖子村更新組附件具有相同地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下，成井效果很好，單井涌水量可以達(dá)到100 m3/d以上，由于地方配套設(shè)施資金限制，因此沒有在該地區(qū)示范成井，但是通過水文地質(zhì)調(diào)查及水文地質(zhì)物探方法的綜合應(yīng)用，在遼西基巖山區(qū)找水工作中起到了顯著效果，還是顯而易見的。

5 結(jié)語

通過本次遼西基巖山區(qū)地區(qū)幾種物探找水方法聯(lián)合的應(yīng)用實(shí)例介紹,為該地區(qū)不同類型地下水勘查總結(jié)了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。物探方法的應(yīng)用并不是一味地求新,而是以方法的有效性和實(shí)用性為主要目的。針對不同類型地下水賦存條件,結(jié)合實(shí)際地形、地質(zhì)條件和物探方法的技術(shù)特點(diǎn),選擇實(shí)用、有效的物探方法技術(shù)是地下水勘查物探技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

[1]曹福祥,王恩榮,李鳳哲,等. 遼西地下水勘查示范工程中的物探技術(shù)應(yīng)用[J].水文地質(zhì)與工程地質(zhì).2007.(1).34-37.

[2]馬寅生.燕山東段-下遼河盆地中新生代盆嶺構(gòu)造及應(yīng)力場演化[M].北京:地質(zhì)出版社.2004.

[3]王恩榮,李福明.遼寧西部丘陵缺水區(qū)地下水勘查成果總結(jié)[A].見:中國地質(zhì)調(diào)查局.嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查論文集(第2集)[C].北京:地質(zhì)出版社.2004:343-347.

[4]李世軍,王力斌. 物探方法在找水方面的應(yīng)用[J].吉林地質(zhì).2008.27(3).110-112.

[5]唐慧杰，陳冬君，黃海玲. 物探找水綜述[J].黑龍江水利科技.2004 .(1).50-51.

[6]方前發(fā)，張宏兵. 電法勘探方法在水文和工程地質(zhì)中的應(yīng)用[J].大眾科技.2006 .(4).29-30.