直流電阻法在水文地質(zhì)當(dāng)中的應(yīng)用

孟國旺

（河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)，河北 邯鄲 056000）

電法勘察具有效率高、成本低、實(shí)用性廣等優(yōu)點(diǎn)，在諸多勘查領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。直流電阻法是根據(jù)巖石和沙層的電性差異，通過研究地下沙、巖、礦石電阻變化，進(jìn)行勘查的一種方法。本文結(jié)合實(shí)例分析說明在山丘區(qū)水資源勘查中的實(shí)際應(yīng)用效果。

1 實(shí)驗(yàn)區(qū)水文地質(zhì)概況

實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)地貌為山地丘陵。山丘區(qū)為太古界片麻巖裂隙均勻弱含水帶，含水巖性以各種片麻巖、片巖及大理巖的裂隙、溶蝕裂隙潛水為主，一般風(fēng)化帶內(nèi)裂隙較為發(fā)育，含水層厚度10-20米，單井涌水量1-10噸/時(shí)；山間河谷較富水帶，含水層厚度5-16米，單井涌水量10-30噸/時(shí)；丘陵單井涌水量0.5-10噸/時(shí)；部分構(gòu)造裂隙、巖溶裂隙單井涌水量40噸/時(shí)，最高可達(dá)100噸/時(shí)，開采深度100-250米。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)圖地表出露情況，區(qū)域地層由老至新依次為古元古代；長(zhǎng)城系；薊縣系；寒武系；奧陶系；第三系；第四系?，F(xiàn)分述如下：

①古元古代：Pt1q青同組：透閃大理巖、蛇紋石白云石大理巖、石英大理巖，黑云片巖、斜長(zhǎng)角閃片巖、絹云片巖、千枚巖。②長(zhǎng)城系：Chg高于莊組：燧石條帶白云巖夾鮞狀白云巖，塊狀白云巖，頁片狀白云巖，含礫砂巖、含砂白云巖、疊層石白云巖。③薊縣系：Jxw霧迷山組：燧石條帶白云巖、鮞狀白云巖、白云巖、疊層石白云巖、石英砂巖。④寒武系：∈3c炒米店組：砂屑灰?guī)r、灰?guī)r、頁巖、白云巖；∈3g崮山組：砂屑灰?guī)r、含綠泥石鮞狀灰?guī)r；∈3z張夏組：鮞狀灰?guī)r、疊層石灰?guī)r、泥質(zhì)條帶白云巖；∈1-2m饅頭組：泥巖、頁巖、粉砂巖、白云巖。⑤奧陶系：O2m馬家溝組：灰?guī)r、白云巖、條紋狀灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r。⑥第三系：E1靈山組：砂礫巖、灰?guī)r。⑦第四系：Qhal沖積砂、礫；Qhpl洪積亞砂土；Qhal+pl全新統(tǒng)沖、洪積砂礫石層、亞粘土、亞砂土；Qppl+al晚更新統(tǒng)沖洪積黃土、亞粘土、沖積砂礫石層；Qpm馬蘭組：黃土狀亞砂土、亞粘土夾砂礫層；Qpq青廉組：上部砂、粉砂、粉砂質(zhì)粘土、重粘土，下部礫、粗礫。

2 完成地質(zhì)任務(wù)依據(jù)

干燥的巖石電阻率高的能達(dá)到幾千甚至幾萬Ω.m，當(dāng)巖石存在孔隙、裂隙時(shí)，隨著巖石的濕度或者含水飽和度的增加，電阻率下降，即富水性的不均勻程度在瞬變電磁圖件上反映為電阻率的高低變化。當(dāng)某一巖層完整時(shí)其電阻率相對(duì)較高，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或地下水作用的影響，使得部分地段巖層破碎或裂隙發(fā)育，含水的飽和度越大（砂巖富水性增強(qiáng)），巖石的導(dǎo)電性會(huì)顯著增強(qiáng)，電阻率相對(duì)明顯降低。

測(cè)區(qū)地層電性特征：測(cè)區(qū)內(nèi)各地層之間（垂向上）均有相對(duì)高低的電性差異，正常情況下，地層由新到老視電阻率變化規(guī)律為低阻～中阻～相對(duì)高阻。橫向上地層沉積較穩(wěn)定，電性差異較小。

3 工作原理及工作方法

3.1 工作原理

直流電阻法是許多應(yīng)用地球物理方法(包括重、磁、電、震、)中的一種，是利用地下或地表巖層的電化學(xué)特性、導(dǎo)電特性、聲學(xué)特性、放射性等地球物理特性測(cè)量地球物理參數(shù)的方法。電測(cè)深法是根據(jù)探測(cè)地下各種不同巖石和礦物的導(dǎo)電能力不同的特點(diǎn)，并以不同的供電極距，觀測(cè)不同深度沙巖礦石的視電阻率；通過地電斷面研究和解決地下構(gòu)造、水文、工程地質(zhì)和進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)等的一些地質(zhì)問題。

3.2 工作方法

利用重慶地質(zhì)儀器廠DZD-6A電法儀開展了直流電法電測(cè)深，該儀器性能穩(wěn)定，數(shù)字屏幕顯示，可以直接反映地下含水層激發(fā)極化效應(yīng)大小的視電阻率及二次場(chǎng)大小，尋找地下含水層效果最為明顯。在實(shí)驗(yàn)工作中為了保證AB/2始終保持在同一條直線上，跑極人員都配備GPS并且跑極均采用南北走向。測(cè)量時(shí)供電、測(cè)量電極保持良好的接地狀態(tài)，對(duì)異常數(shù)據(jù)重復(fù)測(cè)量，資料整理采取對(duì)每個(gè)物理點(diǎn)重復(fù)測(cè)量，并采用取平均值的方法，確保了資料的準(zhǔn)確性、可靠性。因此本次激發(fā)極化測(cè)量裝置采用AB和MN按一定比例同時(shí)增加的等比裝置形式，為了得到盡可能大的二次場(chǎng)電位差，提高信噪比，MN/AB為1/5，極距表1如下：

表 1

4 電法數(shù)據(jù)處理和解釋

對(duì)采集到的瞬變電磁數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并繪制視電阻率擬斷面圖，在線上尋找低阻區(qū)域，把這些區(qū)域作為靶點(diǎn)開展直流電法測(cè)深。在測(cè)區(qū)內(nèi)3個(gè)位置獲得了激電測(cè)深曲線，下面是試驗(yàn)區(qū)A-B測(cè)線的視電阻率擬斷面圖。

圖1

圖中，頂部橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)編號(hào)，底部橫坐標(biāo)為距離，垂向?yàn)橐暽疃?。根?jù)測(cè)深曲線結(jié)果：①1號(hào)測(cè)深結(jié)果位于瞬變電磁1線38號(hào)位置，視電阻率曲線為A型曲線，視電阻率呈近45°上升，在極距220m～320m范圍內(nèi)的視極化率最大，約為2%②2號(hào)測(cè)深結(jié)果位于瞬變電磁1線29號(hào)位置，視電阻率曲線為K型曲線，在極距＞160m后電阻率隨極距增大緩慢增加。視極化率隨著極距增大而上升，在200極距后視極化率變化較小，基本在1.4%左右。③3號(hào)測(cè)深結(jié)果位于測(cè)區(qū)東南位置，視電阻率曲線為K型曲線，在極距＞160m后視電阻率隨極距增大緩慢增加。視極化率在小極距時(shí)就開始上升，隨著極距增大在極距為160m時(shí)最大，達(dá)到10%，隨后開始下降。在300極距后視極化率變化較小，基本在6%左右。

5 電法實(shí)驗(yàn)結(jié)論

瞬變電磁法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)勘探中都有著廣泛的應(yīng)用，使用瞬變電磁法查明斷層及頂板砂巖的導(dǎo)水性及富水性、勘查地下水資源及界定地下水位、評(píng)價(jià)斷層空間位置及含水性和尋找地下含水構(gòu)造，而且大功率瞬變電磁儀不僅可以在深部地質(zhì)勘探中發(fā)揮作用，還具有較高的分辨能力。直流電法成為應(yīng)用地球物理學(xué)中方法種類最多、應(yīng)用面最廣、適應(yīng)性最強(qiáng)的一門分支學(xué)科。同時(shí)，經(jīng)過廣大地球物理工作者不懈努力，在深部構(gòu)造、礦產(chǎn)資源、水文及工程地質(zhì)、考古、環(huán)保、地質(zhì)災(zāi)害、反恐等領(lǐng)域，電法已經(jīng)和正在發(fā)揮著重要作用。