常規電阻率測深法在四子王旗找水中的成功應用

樊永剛　張志國　段志勇

摘 要： 四子王旗屬內蒙古中部干旱地區，水資源較為匱乏，且地質、水文地質條件較為復雜。實踐證明，運用常規電阻率測深法對含水層的埋深、厚度及其富水性等做出綜合評價是可行的，可以取得顯著的找水效果。

關鍵詞： 水資源貧乏； 電阻率測深； 含水層

四子王旗行政區劃屬烏蘭察布市，總面積約24016km2。區內降水量小，蒸發量大，屬典型的中溫帶大陸性干旱氣候，全旗總體上水資源較為貧乏，且分布極不均勻。尤其近年來地下潛水水位呈逐年下降趨勢，每到6、7月干旱時節，部分村或嘎查的農牧民連最起碼的人畜飲用水都無法解決，許多農牧民需到幾十公里外的水井中拉水，嚴重地影響了當地群眾的身心健康和生活質量。該旗中北部、烏蘭花鎮附近新近系“紅層”覆蓋區較為發育，加之東西、南北向之水文地質條件差異大且復雜，使得運用水文物探方法（尤其常規電阻率測深法）尋找地下水成為了不可或缺的重要手段。2014年～2015年在該旗進行的電阻率測深工作，為水文地質勘查、井位確定提供了較為充分的地球物理依據，取得了較為顯著的找水效果。

1. 水文地質概況

區內水文地質條件主要受地貌、巖性、地質構造、古地理環境及氣象、水文等因素的影響和控制，根據地下水的賦存條件及含水層的巖性，可將地下水劃分為第四系松散巖類孔隙水、新近系—白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水和基巖裂隙水三大類。

第四系松散巖類孔隙水主要分布在局地的河谷、階地區及下更新統湖積平原區，其富水性與含水層的巖性、厚度等密切相關，含水層顆粒越粗、厚度越大，富水性越強。

新近系—白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在巴音和碩盆地、烏蘭花盆地等中新生代斷陷盆地中，含水層由古近系砂巖、砂礫巖地層及白堊系砂巖、砂礫巖地層組成，其上多被新近系“紅層”所覆蓋。其富水性與含水層的結構、構造、厚度及補給、排泄等密切相關，是2014～2015年工作的主要目的層。

基巖裂隙水主要分布在北部、南部及東南部的基巖出露區，其含水層富水性受地質構造發育程度、巖性、地貌形態及所處水文地質單元中的位置的影響較大，富水性差異亦較大。

區內地下水總體流向為自南向北、北西。

2. 地球物理特征

區內各主要地層或巖性的電性參數特征見表1。由表中數據可知，區內隔水層（非含水層或微含水層）和含水層之間的電阻率存在較為明顯的物性差異，通過解釋推斷電阻率測深曲線可以劃分出含水層在垂直斷面上的分布范圍、深度、厚度及其相對富水程度。

3. 電阻率測深工作方法

所用工作方法為常規電阻率測深法。觀測參數為視電阻率ρS。工作以剖面為主，且剖面方向主要垂直主構造線走向或溝谷走向布置。最大供電極距AB/2=500m。基本點距100m，局部地段進行了加密。

對測深曲線進行了定性、定量綜合解釋，解釋結果為各電性層的真電阻率、厚度及其相對富水性。

4. 腦木根蘇木烏蘭胡德格重點區

4.1 地質特征

該區地處巴音和碩盆地東南邊緣，位于腦木根蘇木東南方向約75km處。地表為第四系含砂礫壤土層所覆蓋，局地見古近系灰白色泥巖出露，厚度不詳，下伏地層不詳（附近無水文孔及相關資料）。

4.2 電阻率測深曲線特征

各點測深曲線多為QK型，大體上可分為五個電性層，且ρ1>ρ2>ρ3<ρ4>ρ5。以220點為例（圖1）采用MOSCOW STATE UNIVER- SITY，GEOLOGICAL FACULTY ，DEPT. OF GEOPHYSICS（莫斯科國立大學地質學院地球物理系）開發的IPI2win軟件對其進行了定量解釋，結合區域水文物探電性參數、水文地質特征綜合解釋如下：第一層ρ1=480Ω·m，為第四系含砂礫壤土層的反映；第二層ρ2=25Ω·m，為砂巖（局部含礫）的反映；第三層ρ3=8Ω·m，為泥巖夾薄層砂礫巖的反映；第四層ρ4=16.5Ω·m，為砂礫巖夾薄層泥巖的反映；第五層ρ4=9Ω·m，為泥巖夾薄層砂礫巖的反映。

4.3 綜合斷面圖特征

從其測深剖面視電阻率斷面圖（圖2）上可以看出：視電阻率總體上隨著供電極距AB/2的增大逐漸降低，即隨著勘探深度的增大視電阻率逐漸降低。具體表現為：小極距時視電阻率相對較高，多在25Ω·m以上，最大達400Ω·m以上，并具有中間大兩端低的特點；之后隨著AB/2的增大，視電阻率總體上呈現下降的趨勢，并在AB/2為500m時降至了10Ω·m左右。

在對各測深點進行綜合解釋的基礎上繪制了地電斷面圖。從圖（圖2）中可以看出，淺地表電性層電阻率變化較大，在5～500Ω·m之間，厚1.5～4m不等，為第四系含砂礫壤土層的反映，認為微含水。第二電性層電阻率總體較高，在16～90Ω·m之間，厚3～30m不等，且總體上西厚東薄，為砂巖（局部含礫）的反映，認為弱含水。第三層為低阻層，電阻率在3.5～12Ω·m之間，厚15～50m不等，埋深自西向東逐漸變淺，為泥巖夾薄層砂礫巖的反映，認為弱含水。第四電性層電阻率較第三層略高，在14～22Ω·m之間，頂、底板埋深變化較大，厚25～150m不等，為砂礫巖夾薄層泥巖的反映，綜合分析認為該層為本區的主要含水層，且當其阻值相對較高時，說明砂礫巖層相對較厚，顆粒較粗，泥巖相對較薄，其含水性亦更好。第五電性層電阻率相對較低，在7.5～10.5Ω·m之間，頂板埋深兩端大中間小，為泥巖夾薄層砂礫巖的反映，認為弱含水。

4.4 鉆探驗證

據上述成果綜合分析認為200～240點間“砂礫巖夾薄層泥巖”的富水性相對較好，可進行鉆探驗證。后在220～230點間施以了DK03驗證孔，涌水量達840m3/d，且主要含水層為60～160m之間的砂礫巖夾薄層泥巖。淺地表至-108m之間為古近系的泥巖、砂巖，-108m之下為白堊系的泥巖、砂巖。

5. 紅格爾蘇木大井重點區

5.1 地質特征

該區地處巴音和碩盆地的西南邊緣，位于紅格爾蘇木北西方向約35km處。地表為第四系含砂礫壤土層所覆蓋，局地見白堊系磚紅色泥巖出露，厚度不詳，區內雖有一深水井，但水量極小（未收集到其它相關水文資料）。

5.2 電阻率測深曲線特征

各點測深曲線多為HKH型，大體上可分為五個電性層，且ρ1>ρ2<ρ3>ρ4<ρ5。同樣以630點為例（圖3）綜合解釋如下：第一層ρ1=83Ω·m，為第四系含砂礫壤土層的反映；第二層ρ2=13Ω·m，為泥巖夾薄層砂巖的反映；第三層ρ3=33Ω·m，為砂礫巖夾薄層泥巖的反映；第四層ρ4=3.4Ω·m，為泥巖、砂質泥巖的反映；第五層ρ4=22.4Ω·m，為粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層的反映。

5.3 綜合斷面圖特征

從其測深剖面視電阻率斷面圖（圖4）上可以看出：小極距時視電阻率值相對較高，多在20～50Ω·m之間，局部（662點附近）地段可達350Ω·m以上；之下視電阻率值逐漸降低，形成較厚的低阻層，局部地段在AB/2為65m、100 m、150 m時可低至10Ω·m以下；AB/2大于230 m時視電阻率值又逐漸增大，多數上升到了16Ω·m以上。

從其地電斷面圖（圖4）上可以看出，淺地表層的電阻率變化較大，多在5～400Ω·m之間，厚3～9m不等，為第四系含砂礫壤土層的反映，認為微含水。第二電性層為低阻層，電阻率多在11～18Ω·m之間，總體上具有從西南到東北逐漸變薄的趨勢，東北端最薄處僅3m，局部（662點附近）地段最厚處可達100m，為砂巖與泥巖互層的反映，認為微或弱含水。第三電性層電阻率最低，在4～12Ω·m之間，形態之起伏、厚度之變化均較大，總體上具有從西南到東北逐漸變厚的趨勢，西南端最薄處僅12m，東南端最厚處達180m，局部（662點附近）地段頂板埋深較大，且未見底，為泥巖、砂質泥巖的反映，認為不含水。第四電性層電阻率多在15～28Ω·m之間，其在西南部的形態之起伏、厚度之變化較大，頂板埋深在30～130 m之間，未見底；在東北部的頂板埋深具有逐漸變大的趨勢，亦未見底，局部681點附近頂板埋深相對較淺，厚度較大，該電性層在640～671點間缺失，為粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層的反映，綜合分析認為該層為本區的主要含水層，且當其阻值相對較高時，說明粉砂巖、砂礫巖層相對較厚，顆粒較粗，泥巖相對較薄，其含水性亦更好。另外，在630～640點間的第二、第三電性層之間劃分出一局部電性層，電阻率多在20～35Ω·m之間，厚度10～15m不等，推測為粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層的反映，認為弱含水。

5.4 鉆探驗證

據上述成果綜合分析認為630點附近“粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層”的富水性相對較好，可進行鉆探驗證。后在其上施以了DK06驗證孔，涌水量達1191m3/d，且85m之下的粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層為主要含水層。淺地表至-85m之間主要為白堊系的泥巖夾薄層砂巖。

6. 其它區概述

其后，依據電阻率測深成果在吉生太鎮中老龍忽洞施工了DK11孔，在忽雞圖鎮西灘施工了DK08孔，在四子王旗烏蘭花鎮雙勝德施工了DK13孔，涌水量均大于500m3/d，DK13孔更是達到了2241m3/d。其中DK11的主要含水層為-60～-160m之間的新近系、白堊系的粉砂巖和砂礫巖，DK08的主要含水層為50m之下的白堊系的砂巖，DK13的主要含水層為40m之下的新近系的砂巖和砂礫巖。

7. 結束語

2014～2015年在四子王旗進行的水文物探工作總體上來說是成功的， 且依據最新驗證成果分別在腦木根蘇木烏蘭胡德格、紅格爾蘇木大井、忽雞圖鎮西灘等地圈出了幾處富水區，但也存在一個逐漸認識的過程，只有詳細了解了不同景觀區的地質、水文地質特征，才能對電阻率測深曲線做出更為客觀地、精準地解釋推斷，也才能更好地發揮水文物探在水文地質勘查中的先行與獨特作用。本文是筆者在四子王旗找水實際工作中的一點認識，難免存在一些不足之處，敬請大家指正，以便今后更好地完成水文地質勘查工作，造福廣大農牧民，為振興地方經濟服務。

參考文獻：

[1] 付良魁.電法勘探教程. 北京： 地質出版社， 1983

[2] 傅良魁.應用地球物理學一電學原理〔M〕.北京： 地質出板社，1996.