電法勘探在抗旱找水工程中的應(yīng)用

摘要：電法勘探是物探技術(shù)的一個(gè)分支，以不同巖、礦石間的電性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和研究天然電磁場(chǎng)和人工電磁場(chǎng)的空間與時(shí)間分布規(guī)律進(jìn)行地質(zhì)勘查。地下巖石的電阻率受含水率的影響較為明顯，因此電法勘探廣泛應(yīng)用于抗旱找水工程。通過(guò)實(shí)例講述如何利用電法勘探判斷物探異常區(qū)、劃分潛力含水區(qū)，可供工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：電法；視電阻率；電阻異常；巖溶；含水層

中圖分類號(hào)：P641.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.017

Application of Electrical Exploration in Drought Resistance and Water Finding Engineering

LUO Jianbo

（Hunan Provincial Natural Resources Survey Institute， Changsha 410000， China）

Abstract： Electrical exploration is a branch of geophysical technology that is based on the differences in electrical properties between different rocks and ores. It is a geological exploration method that observes and studies the spatial and temporal distribution patterns of natural and artificial electromagnetic fields. The electrical resistivity of underground rocks is significantly affected by water content， therefore， electrical exploration is widely used in drought resistant water finding projects. This article uses examples to illustrate how to use electrical exploration to determine geophysical anomaly areas and divide potential water bearing areas， which can be used as a reference for engineering and technical personnel.

Keywords： electricity method; apparent resistivity; abnormal resistance; karst; aquifer

武岡市地處湖南省衡邵干旱走廊的邊緣，境內(nèi)地層巖性以灰?guī)r、泥灰?guī)r為主，巖溶較為發(fā)育，在部分地勢(shì)較高的山區(qū)，降水極易流失，地表蓄水困難，地表水資源匱乏嚴(yán)重制約著這些區(qū)域居民的生活質(zhì)量和發(fā)展活力。為解決缺水的問(wèn)題，某農(nóng)業(yè)公司委托地勘單位尋找一處優(yōu)質(zhì)地下水水源地，以供該公司農(nóng)牧業(yè)發(fā)展和附近居民飲用之用。

地勘單位承接該任務(wù)后，經(jīng)綜合研判，決定采取電法勘察初步劃分潛力含水區(qū)、后期再通過(guò)鉆探進(jìn)行驗(yàn)證的方法。電法勘探的主要任務(wù)如下：一是查明該區(qū)域內(nèi)巖溶裂隙、含水帶的走向、埋深及富水特征；二是圈定物探異常區(qū)，劃分有利含水區(qū)；三是提出驗(yàn)證鉆孔的位置、深度等。本次電法勘探選用直流視電阻率法[1-3]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地層巖性

勘察區(qū)地層出露由老到新依次有石炭系、二疊系及第四系。

石炭系中上統(tǒng)壺天群（C2+3ht）的巖性為灰白色、淺灰色厚層至巨厚層輕微矽化的細(xì)晶至粗晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，近底部夾薄層頁(yè)巖，巖石完整性較好，巖石節(jié)理裂隙中等發(fā)育。

二疊系當(dāng)沖組（P1d）的巖性以灰黑色硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、鐵錳質(zhì)頁(yè)巖為主，單層厚度為2～30 cm，巖石節(jié)理裂隙不發(fā)育。該層厚約為100 m，與下伏棲霞組整合接觸。

二疊系棲霞組（P1q）的巖性以灰色中至厚層狀灰?guī)r為主，夾少量泥灰?guī)r、鈣質(zhì)頁(yè)巖，含大量燧石團(tuán)塊或條帶，厚度為80～150 m，與下伏壺天群整合接觸。

第四系（Q）主要分布于溝谷兩側(cè)低洼地帶的沖積物及殘、坡積物，巖性為黃褐色、灰褐色、紫紅色含碎石粉質(zhì)黏土，碎石成分為白云巖、硅質(zhì)巖，碎石直徑3～50 mm，不整合在下伏地層之上，該層厚1.20～9.90 m。

勘察區(qū)內(nèi)分布斷層有F1及F2。其中，F(xiàn)1斷層為正斷層，走向?yàn)?6°，傾向北東，傾角為55°，寬約為5m，為區(qū)域性構(gòu)造，勘察區(qū)內(nèi)出露長(zhǎng)度為1.5 km，由碎裂化白云巖及方解石脈組成。F2斷層走向近南北，斷層性質(zhì)不明，為F1區(qū)域性斷層的衍生構(gòu)造。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

勘察區(qū)內(nèi)分布斷層有F1及F2。其中，F(xiàn)1斷層為正斷層，走向?yàn)?6°，傾向北東，傾角為55°，寬約為5 m，為區(qū)域性構(gòu)造，勘察區(qū)內(nèi)出露長(zhǎng)度為1.5 km，由碎裂化白云巖和方解石脈組成。F2斷層走向近南北，斷層性質(zhì)不明，為F1區(qū)域性斷層的衍生構(gòu)造。

2 水文地質(zhì)特征

2.1 含水層與隔水層

勘察區(qū)內(nèi)含水層主要為第四系孔隙水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水?？辈閰^(qū)地質(zhì)構(gòu)造如圖1所示。

松散巖類孔隙水含水巖組由第四系（Q）碎塊石土、含碎石粉質(zhì)黏土組成，主要賦存于松散物顆粒間孔隙。廣泛分布于開(kāi)闊谷地及山間洼地，主要受大氣降雨補(bǔ)給，具有季節(jié)性?？紫端髁啃∮?.16 L/s，弱富水性，含水層厚為1.20～9.90 m，沿低洼地段排泄。

碳酸鹽巖裂隙巖溶水分布于石炭系中上統(tǒng)壺天群（C2+3ht）及二疊系棲霞組（P1q）地層。其中，石炭系中上統(tǒng)壺天群巖性為灰白色、淺灰色厚層至巨厚層輕微矽化的細(xì)晶至粗晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶中等發(fā)育，但發(fā)育不均勻，裂隙巖溶水賦存于各種細(xì)小溶蝕裂隙和巖溶管道。

隔水層主要為二疊系當(dāng)沖組，巖性主要為灰黑色硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、鐵錳質(zhì)頁(yè)巖，裂隙不發(fā)育，該層內(nèi)無(wú)泉點(diǎn)出露，為隔水層。

2.2 地下水單元

根據(jù)地下水類型、分布、含水巖組等特征，勘察區(qū)內(nèi)石炭系中上統(tǒng)壺天群（C2+3ht）巖溶水有供水意義，含水巖組分布較廣、厚度大、水量豐富且泉點(diǎn)出露多。該區(qū)碳酸巖裂隙巖溶水地下河中等發(fā)育，地下河流量10～100 L/s，徑流模數(shù)1～2 L/（s·km2）。因此，石炭系中上統(tǒng)壺天群（C2+3ht）是該區(qū)找水的目標(biāo)層位。

3 地球物理特征

根據(jù)本次物探直流電阻率（ρs）勘察的數(shù)據(jù)，工作區(qū)內(nèi)地表淺層耕植土、強(qiáng)風(fēng)化層ρs值為150～300 Ω·m；風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙ρs值為300～400Ω·m，完整碳酸巖ρs值為500～1 000 Ω·m以上；工作區(qū)內(nèi)地層巖石ρs電性變化較大，界限值有明顯的區(qū)分。因此，區(qū)內(nèi)具有開(kāi)展電法勘探的物性基礎(chǔ)。

4 電法勘探線布設(shè)

根據(jù)找水區(qū)地層富水特征，勘察區(qū)內(nèi)只在石炭系中上統(tǒng)壺天群（C2+3ht）中具有找水潛力，在斷層F1、F2的結(jié)合部位，找水成功率相比別處更高，因此本次重點(diǎn)勘探范圍設(shè)置在本區(qū)壺天群（C2+3ht）與當(dāng)沖組（P1d）結(jié)合部位的斷層發(fā)育地帶（見(jiàn)圖1），共布置3條勘探線，即10線、12線、14線。其中：10線、12線沿120°布設(shè)，勘探線方向基本與地層走向即斷層走向相垂直；14線沿220°方向布設(shè)，勘探線方向與地層走向近平行。

5 異常解釋推斷

各勘探線成果剖面如圖2所示，整體上各剖面高阻區(qū)和低阻區(qū)變化較為明顯，從聯(lián)合剖面線形態(tài)來(lái)看，10線在距離起點(diǎn)400～540 m的范圍內(nèi)存在非常明顯的連續(xù)低阻異常段，推測(cè)該處地下深部可能有較好的深部斷層含水裂隙帶發(fā)育；12線的連續(xù)低阻區(qū)不如10線明顯，僅在距離起點(diǎn)150～400 m有一段相對(duì)低阻區(qū)，14線也僅在從起點(diǎn)0～200 m的范圍內(nèi)有相對(duì)連續(xù)低阻區(qū)，但12線與14線的相對(duì)低阻區(qū)的電阻率值普遍比10線低阻區(qū)的高，且低阻的連續(xù)性遠(yuǎn)不如10線明顯，因此該12線與14線找水潛力不如10線。

6 水文鉆探成果

提交物探成果后，在14線的低阻區(qū)施工了水文地質(zhì)鉆孔ZK1、10線的連續(xù)低阻區(qū)靠近斷層F1一側(cè)施工了ZK2進(jìn)行驗(yàn)證，如圖3所示。鉆探結(jié)果如下：ZK1為干孔，雖局部巖溶裂隙發(fā)育，但無(wú)明顯含水跡象；而在ZK2內(nèi)涌水明顯，后經(jīng)抽水試驗(yàn)證明，該孔的地下水可采量達(dá)可采量為569.26 m3/d，且水質(zhì)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，可作為集中式生活飲用水源。

7 結(jié)論

尋找地下水源地，必須先從區(qū)域地質(zhì)上選出富水性較好的地層，尤其在地質(zhì)構(gòu)造（斷層、褶皺）發(fā)育的部位，是良好的找水靶區(qū)。因此，重點(diǎn)勘探范圍設(shè)置在本區(qū)壺天群（C2+3ht）與當(dāng)沖組（P1d）結(jié)合部位的斷層發(fā)育地帶，利用含水部位與巖石之間電阻率的顯著差異，采用電法勘探，進(jìn)一步判斷靶區(qū)內(nèi)的含水性，之后用水文地質(zhì)鉆探驗(yàn)證，在10線的連續(xù)低阻區(qū)靠近斷層F1一側(cè)施工ZK2，ZK2內(nèi)涌水明顯，地下水可采量達(dá)可采量為569.26 m3/d，取得較好的找水成果。

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作者簡(jiǎn)介：羅建波（1988—），男，湖南新化人，工程師。研究方向：地球物理勘察及水工環(huán)地質(zhì)。