高密度電法在黔東地區(qū)勘查地下水的應(yīng)用

安永興 張德實(shí)

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一0 三地質(zhì)大隊(duì)，貴州 銅仁 554300）

1 概述

高密度電阻率法是一種陣列式的直流勘探方法，以巖、礦石之間電性差異為基礎(chǔ)，一次布極就可以完成縱向、橫向二維勘探過(guò)程，能反映地下某一深度沿水平方向巖土體的電性變化，亦可提供地層沿縱向的電性變化情況[1]。數(shù)據(jù)采集密度大、效率高，極距選擇靈活，在巖溶、采空區(qū)、滲漏檢測(cè)、滑坡勘查等領(lǐng)域均有較成熟的運(yùn)用[2-6]。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)出露寒武系上統(tǒng)婁山關(guān)組第二、三段地層，巖性為淺灰色薄層至塊狀微-細(xì)晶白云巖，夾中層細(xì)晶白云巖、砂屑細(xì)晶白云巖，巖層傾向多北西，傾角10 ～20°。區(qū)域北東向區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育，受區(qū)域構(gòu)造影響，北東向、近東西向及北西向節(jié)理、裂隙比較發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有三條北東向斷層，編號(hào)F1、F2 和F3，系同期斷裂，其中F1、F2 斷層可見(jiàn)30 ～50m 的構(gòu)造破碎帶及構(gòu)造陡立帶，局部見(jiàn)構(gòu)造角礫巖，并被白云質(zhì)和白云石脈所膠結(jié)，F(xiàn)3 斷層見(jiàn)3～5m 破碎帶，3 條斷層均為張性正斷層性質(zhì)，區(qū)內(nèi)泉點(diǎn)大多在F1、F2 斷層破碎帶上，斷續(xù)零星出露，表明這兩條斷層均具有較強(qiáng)的含水性和導(dǎo)水性。

3 地球物理特征

采用小四極法[7]對(duì)研究區(qū)內(nèi)各種介質(zhì)進(jìn)行了多次測(cè)量，得到的電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)于表1。根據(jù)測(cè)定的電性參數(shù)可知，寒武系婁山關(guān)組白云巖電阻率為397～1721Ω.m，平均值804Ω.m；研究區(qū)的浮土層電阻率為31～298Ω.m，平均值154Ω.m；地表水的電阻率為31～47Ω.m，平均值40Ω.m，由此可見(jiàn)完整的白云巖體電阻率與破碎含水的白云石存在較為明顯電阻率差異，可以實(shí)施物探測(cè)量。

表1 研究區(qū)巖石等介質(zhì)電性參數(shù)測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4 工作方法及數(shù)據(jù)處理

4.1 方法原理

高密度電法用供電電極（A、B）向地下供直流（或超低頻）電流(I)，同時(shí)在測(cè)量電極（M、N）間觀測(cè)電勢(shì)差（ΔUmn），并計(jì)算出視電阻率（ρs），K 為裝置系數(shù)[8]。采集數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值剔除以后選擇最小二乘法反演，得到反演電阻率值后采用克里格差值擬合法成圖。

4.2 數(shù)據(jù)采集

本次測(cè)量使用的是重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)合場(chǎng)地條件布設(shè)實(shí)測(cè)高密度剖面線5 條，道間距5 米，最大道數(shù)120 道，最小道數(shù)118道（圖1）。工作人員鋪好線路、連接好儀器和電源后即可開(kāi)機(jī)進(jìn)行各電道接地電阻測(cè)量，確保每個(gè)電極接地良好后即進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集完畢后儀器將自動(dòng)保存，接著進(jìn)行下一條剖面的測(cè)量工作。剖面觀測(cè)點(diǎn)是使用高精度手持GPS 衛(wèi)星定位儀（UniStrong G310 系列）導(dǎo)航及皮尺定點(diǎn)，點(diǎn)位誤差為±1.5 米。采用紅色噴漆做標(biāo)記。

圖1 地質(zhì)及工作布置簡(jiǎn)圖

4.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)反演處理使用瑞典高密度處理軟件RES2DINV，該程序用于反演系統(tǒng)電極采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)。在二維電阻率模型應(yīng)用在反演程序中，該程序由較多矩形條塊組成。條塊的排列與視電阻率剖面上的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來(lái)。條塊的分布和大小由程序自動(dòng)生成，基本遵從數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布規(guī)律。底層條塊的深度與目的深度數(shù)據(jù)點(diǎn)基本相等，此時(shí)電極距最大。通常數(shù)據(jù)的采集遵循固定的電極排列順序，相鄰電極間距一般為固定值[9-10]。

5 剖面綜合解釋與鉆孔驗(yàn)證

5.1 剖面解釋

GL1 剖面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演視電阻率斷面圖顯示：剖面38-51 號(hào)點(diǎn)從淺表往深部呈明顯倒三角低阻異常，電阻率低于300Ω·m，位置及產(chǎn)狀與區(qū)內(nèi)F1 斷層吻合，推測(cè)為F1 斷層及其破碎區(qū)，編號(hào)Ⅱ；剖面74-88 號(hào)點(diǎn)從淺表往深部呈明顯片狀低阻異常，電阻率低于300Ωom，位置及產(chǎn)狀與區(qū)內(nèi)F2 斷層吻合，推測(cè)為F2 斷層及其破碎區(qū)，編號(hào)Ⅲ。（圖2）GL3 剖面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演視電阻率斷面圖顯示：剖面10-20 號(hào)點(diǎn)從淺表往深部呈明顯倒三角低阻異常，電阻率低于300Ω·m，位置及產(chǎn)狀與區(qū)內(nèi)F1 斷層吻合，推測(cè)為F1 斷層及其破碎區(qū)，編號(hào)Ⅱ；剖面60-73號(hào)點(diǎn)從淺表往深部呈明顯片狀低阻異常，電阻率低于500Ω·m，位置及產(chǎn)狀與區(qū)內(nèi)F2 斷層吻合，推測(cè)為F2 斷層及其破碎區(qū)，編號(hào)Ⅲ。（圖3）GL5 剖面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演視電阻率斷面圖顯示：剖面33-56 號(hào)點(diǎn)從淺表往深部呈明顯倒三角低阻異常，電阻率低于300Ω·m，在空間位置上與L1 線異常位置具有相關(guān)性，位置及產(chǎn)狀與區(qū)內(nèi)F1 斷層吻合，推測(cè)為F1 斷層及其破碎區(qū)，同編號(hào)為Ⅱ；剖面76-80 號(hào)點(diǎn)從淺表往深部呈明顯脈狀低阻異常，電阻率低于500Ω·m，在空間位置上與L1 線異常位置具有相關(guān)性，位置及產(chǎn)狀與區(qū)內(nèi)F2 斷層吻合，推測(cè)為F2 斷層及其破碎區(qū)，同編號(hào)為Ⅲ（圖4）。

圖2 GL1 線視電阻率反演及推斷解釋圖

圖3 GL3 線視電阻率反演斷面及推斷解釋圖

圖4 GL5 線視電阻率反演斷面及推斷解釋圖

5.2 鉆孔驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)對(duì)L1、L3、L5 等測(cè)線視電阻率反演斷面圖綜合對(duì)比分析研究，推測(cè)F1、F2 斷層上盤(pán)破碎區(qū)具有較好存水條件，并最終選定1 剖面Ⅱ破碎帶設(shè)計(jì)ZK01 孔位置實(shí)施鉆探驗(yàn)證，實(shí)鉆孔深115m，經(jīng)抽水驗(yàn)證出水量約為480m3/d，達(dá)到本次工程勘查目的。

6 結(jié)論

6.1 研究區(qū)斷層發(fā)育區(qū)多伴隨發(fā)育有破碎帶，含水或充填泥質(zhì)后與圍巖電阻差異明顯，具備開(kāi)展高密度電阻率法等勘查方法開(kāi)展的物性條件。

6.2 高密度電法能有效識(shí)別區(qū)內(nèi)含水?dāng)鄬蛹捌扑閹В陔娮杪蕯嗝鎴D上呈不規(guī)則低阻異常，建議在斷層上盤(pán)實(shí)施鉆探驗(yàn)證。

6.3 實(shí)施高密度電法勘查，能夠縮小并劃定靶區(qū)，減少機(jī)井盲打工作量，提高尋找地下水成功率。