電法在日照市丘陵區(qū)找水中的應(yīng)用

周立國

(山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 日照 276826)

電法在日照市丘陵區(qū)找水中的應(yīng)用

周立國

(山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 日照 276826)

電法勘探在尋找淺層地下水時(shí)，主要利用含水地質(zhì)體與圍巖的電阻率差異來間接找水，通過綜合分析日照市不同地下水類型50余例物探找水定井資料，總結(jié)了其含水層的測(cè)深曲線特征，若圍巖為高阻，則含水層曲線特征表現(xiàn)為平緩上升或變異下降；若圍巖為低阻，則含水層曲線特征為明顯上升段。對(duì)于含水性特征不明顯的，開展激發(fā)極化法多參數(shù)測(cè)量，依據(jù)視極化率、半衰時(shí)等參數(shù)綜合判斷。對(duì)于日照市丘陵區(qū)松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水的不同電性特征，選擇利用聯(lián)合剖面法尋找含水構(gòu)造，多參數(shù)激電測(cè)深法確定儲(chǔ)水構(gòu)造位置，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法推斷富水地層深度，能夠快速、高效的確定井位，為今后日照市丘陵區(qū)的找水工作提供了經(jīng)驗(yàn)。

聯(lián)合剖面法；激電測(cè)深法；儲(chǔ)水構(gòu)造；富水地層；日照市

日照市地域狹小，水資源總量不足，僅占全省的5.3%；受自然地理?xiàng)l件限制，水源結(jié)構(gòu)單一，以地表水源為主，地表水可供水量占全市可供水量的67.8%，調(diào)節(jié)能力差；無客水來源，資源性缺水是基本市情。為解決日照市丘陵區(qū)缺水現(xiàn)狀，尋找優(yōu)質(zhì)地下水資源是解決困窘的有效途徑。在丘陵區(qū)尋找地下水時(shí)，物探工作尤其是電法勘探在圈定斷裂構(gòu)造位置，判定含水層深度方面效果良好。

1 區(qū)域水文地質(zhì)條件

日照市位于華北地臺(tái)區(qū)，郯(城)-廬(江)斷裂東側(cè)，魯東隆起區(qū)東南緣；五(蓮)-榮(成)構(gòu)造帶東南盤，膠南隆起區(qū)(Ⅲ級(jí))。區(qū)內(nèi)地層主要出露古元古代粉子山群和荊山群白云大理巖、黑云變粒巖等；中生代白堊紀(jì)王氏群紫紅色粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖等，大盛群粉砂巖、砂巖、含礫粗砂巖等，青山群安山巖、砂巖、安山質(zhì)凝灰角礫巖等，萊陽群中厚層長石砂巖、粉砂巖頁巖等，新生代第四系。根據(jù)地形地貌、地層沉積、地質(zhì)構(gòu)造、含水層分布特征，劃分為4個(gè)水文地質(zhì)單元(圖1)：

1—主要富水區(qū)；2—巖漿巖類裂隙水；3—松散巖類孔隙水；4—碎屑巖類裂隙孔隙水；5—碳酸鹽類裂隙巖溶水圖1 日照市水文地質(zhì)簡圖

1.1 松散巖類孔隙水

松散巖類孔隙水，主要分布在傅疃河、繡針河、兩城河、沭河等河流兩岸及其支流地段中，含水層巖性為第四系沖積、沖洪積的中—粗砂及砂礫石，厚度一般為3～8m，最厚達(dá)14.3m。地下水類型多為潛水，局部地段具承壓性。水位埋深3～5m不等，年變幅2m左右。

1.2 碎屑巖類孔隙裂隙水

主要分布在昌邑-大店斷裂兩側(cè)，莒縣盆地附近，含水層巖性為侏羅紀(jì)萊陽群，白堊紀(jì)王氏群的砂巖、砂礫巖、礫巖等。巖石結(jié)構(gòu)緊密，孔隙、裂隙不發(fā)育。孔隙、裂隙的發(fā)育程度及富水性受構(gòu)造、地貌、巖性的控制。風(fēng)化裂隙只在淺部發(fā)育，裂隙發(fā)育細(xì)小，多被充填，富水性很差。

1.3 碳酸鹽類裂隙巖溶水

主要分布在莒縣浮來山一帶，含水層巖性為奧陶系、寒武系的單層灰?guī)r，因受巖性、地貌、構(gòu)造等因素的控制，在低丘陵區(qū)以潛水為主。該區(qū)地下水位較深，且富水性較差，多形成缺水區(qū)。在單斜構(gòu)造的前緣，地形較平坦，含水層隱伏于第四系及其他巖層之下，地下水具有承壓性，多形成富水地段，并局部以泉的形式排泄。

1.4 基巖裂隙水

主要分布在本市的絕大部分丘陵區(qū)，含水層巖性為各類變質(zhì)巖、侵入巖、噴出巖。巖石裂隙發(fā)育程度及深度隨地形的變化而異。

2 含水層電性異常特征

日照市屬魯東丘陵，總的地勢(shì)背山面海，中部高四周低，略向東南傾斜，山地、丘陵、平原相間分布。日照市橫跨膠南隆起、膠萊坳陷和沂沭斷裂帶3個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元，出露地層齊全，構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈。以五蓮縣城—莒縣中樓鎮(zhèn)一線為界，山體巖性大致分為2類，西部以石灰?guī)r和砂巖等沉積巖類為主，東部則以巖漿形成的花崗質(zhì)巖石為主，主要富水區(qū)集中在莒縣縣城和日照市南湖鎮(zhèn)至汾水鎮(zhèn)一帶河流下游第四系覆蓋區(qū)，而丘陵區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。由于不同巖石的電性差異，含水構(gòu)造帶電性特征也有所不同，近年來山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院共完成50余例的丘陵找水定井工作，通過對(duì)含水地層電性特征分析，總結(jié)了日照市丘陵區(qū)含水層的激電異常特征和不同地下水類型的電性特征(表1)。

表1 地下水類型與電性特征表

3 物探方法的選擇

物探方法尋找地下水，主要依靠不同地質(zhì)體的物性差異來間接尋找含水構(gòu)造，其方法有激發(fā)極化法、視電阻率法、放射法、甚低頻法等。含水構(gòu)造相比較圍巖來看，具有低阻特征，這種電性差異為電法勘探提供地球物理前提。激發(fā)極化法[1-8]和視電阻率法[9-12]作為常規(guī)物探方法，其技術(shù)水平成熟，解釋簡單，在找水工作中發(fā)揮著重要的作用。含水構(gòu)造能夠引起視電阻率聯(lián)合剖面的低阻正交點(diǎn)、V型或U型低阻帶；在激電測(cè)深曲線上呈平緩段，曲線斜率明顯變小，視極化率、半衰時(shí)[13-16]均呈明顯高值異常。因此，利用聯(lián)合剖面法快速圈定構(gòu)造破碎帶，利用激電測(cè)深法確定儲(chǔ)水構(gòu)造位置和富水地層深度。

3.1 聯(lián)合剖面法

聯(lián)合剖面裝置時(shí)，測(cè)線上布設(shè)A，M，N和B極；測(cè)量點(diǎn)位于M，N測(cè)量電極的中間，以O(shè)表示，AO的距離大于3倍探測(cè)對(duì)象的頂部埋深，MN=(1/3～1/5)AO，無窮遠(yuǎn)電極C布設(shè)距離需大于AO的5倍以上，并垂直測(cè)線走向。工作中固定AMNB電極的距離，將4個(gè)電極沿測(cè)線一起移動(dòng)，測(cè)量同一測(cè)點(diǎn)A，B供電極分別供電時(shí)的參數(shù)值，在遇含水構(gòu)造時(shí)呈低阻正交點(diǎn)、高極化反交點(diǎn)。利用這種交點(diǎn)性質(zhì)和曲線的不對(duì)稱性可判斷極化體的產(chǎn)狀、形態(tài)。

通常布設(shè)2～3條聯(lián)合剖面線，連接每條測(cè)線的正交點(diǎn)在地表的位置，就可以推測(cè)構(gòu)造破碎帶的走向；利用不同OA極距的聯(lián)合剖面裝置能夠判定構(gòu)造破碎帶的傾向。

3.2 視電阻率測(cè)深法

視電阻率測(cè)深裝置的特點(diǎn)是AM=NB，記錄點(diǎn)在MN的中點(diǎn)。其探測(cè)深度隨AB增加而增大。工作中常選擇對(duì)稱四極裝置或不等比對(duì)稱四極裝置，極距選擇原則一般為在模數(shù)為6.25cm的對(duì)數(shù)紙上，取0.8～1.2cm長且使其均勻分布，相應(yīng)的段長。MN與供電極距AB的比，一般保持在1/3～1/30的范圍，極距選擇如表2。

表2 電測(cè)深裝置極距

3.3 激電測(cè)深法

激電測(cè)深法原理同視電阻率測(cè)深法，其裝置類型和極距的選擇相同，只是在觀測(cè)時(shí)增加測(cè)量視極化率、半衰時(shí)、衰減度等極化體參數(shù)，對(duì)供電電流要求較高，必須有足夠大的一次場(chǎng)(大于20mV)，以保證觀測(cè)參數(shù)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 找水定井實(shí)例

4.1 莒縣夏莊鎮(zhèn)

區(qū)內(nèi)出露的巖性以奧陶紀(jì)灰?guī)r為主，斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育，地下水資源以巖溶水為主。野外踏勘發(fā)現(xiàn)一條走向NE，傾向E的張性斷裂通過該區(qū)，由于第四系覆蓋，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的具體出露位置不易確定，故布設(shè)聯(lián)合剖面確定破碎帶的位置，再輔以電測(cè)深，確定含水構(gòu)造的深度。通過聯(lián)合剖面工作，發(fā)現(xiàn)108點(diǎn)附近呈低阻正交點(diǎn)，且在106～110點(diǎn)之間呈V型低阻帶(圖2)，推測(cè)為含水構(gòu)造帶的反映。

圖3 夏家莊108點(diǎn)測(cè)深曲線

在108點(diǎn)布設(shè)電阻率測(cè)深，由圖3可知，曲線在上升過程中有2個(gè)較平緩的地段，AB/2=15～40m段視電阻率變異下降，推測(cè)為巖溶發(fā)育富水的反映；AB/2=100～340m曲線平緩上升，且在340處陡然下降，推測(cè)此段為灰?guī)r破碎含水的反映。鉆孔至210m終孔，在孔深21～25m，62～115m處巖石破碎含水，經(jīng)抽水試驗(yàn)，涌水量35m3/h。

4.2 日照市嵐山站

該區(qū)南部零星出露花崗巖，表面風(fēng)化破碎，沖溝內(nèi)可見寬約10m的張性斷層破碎帶，由花崗巖、片麻巖的礫石組成，由于地表大部被第四系覆蓋，構(gòu)造走向不明。為追索該斷層破碎帶的走向，布設(shè)了聯(lián)合剖面工作，結(jié)果表明曲線存在低阻正交點(diǎn)，為驗(yàn)證該低阻正交點(diǎn)的性質(zhì)，布設(shè)了激電測(cè)深工作，從擬斷面圖(圖4)可以看出，在196～198點(diǎn)AB/2=25m以后呈V型低阻帶，佐證了該斷層破碎帶的存在。

198測(cè)深點(diǎn)視電阻率曲線AB/2=15～40m，表現(xiàn)為夾在2個(gè)上升段的平緩段，反映特征不甚明顯，但對(duì)應(yīng)的半衰時(shí)呈大于1000ms的高異常(圖5)，綜合分析認(rèn)為AB/2=25m附近對(duì)應(yīng)含水層位置。后鉆孔至51m終孔，鉆孔揭露顯示23～31m巖石破碎含水，單孔涌水量240m3/d。

圖4 日照市嵐山站聯(lián)合剖面和測(cè)深擬斷面圖

圖5 日照市嵐山站DS-8點(diǎn)測(cè)深曲線

4.3 五蓮縣汪湖鎮(zhèn)曹家官莊村

該區(qū)出露巖性為紫紅色中薄層砂巖、細(xì)砂巖夾含礫砂巖，第四系覆蓋較厚。村北有一沖溝，沖溝內(nèi)可見砂巖和礫巖的分界線，兩巖性接觸面巖石破碎。紫紅色砂巖電阻率值較低，一般10～30Ω·m，相對(duì)含水層砂礫巖，其電阻率相對(duì)較高，一般30～50Ω·m。在水文地質(zhì)調(diào)查認(rèn)為較有利地下水富集區(qū)段進(jìn)行了3個(gè)物理點(diǎn)的視電阻率測(cè)深工作，結(jié)果表明：1號(hào)、2號(hào)測(cè)深點(diǎn)曲線均呈低阻平緩水平狀，反映為較厚砂巖的低阻特征；3號(hào)測(cè)深點(diǎn)曲線前支小角度緩升，AB/2=40～100m深度，視電阻率值最高，后部呈小角度下降變異(圖4)。經(jīng)分析計(jì)算，深度9～62m解譯電阻率為34Ω·m，推測(cè)為含水砂礫巖層，建議孔深100m。后經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，25～40m、55～60m巖性為砂礫巖，局部破碎，孔深95m，抽水試驗(yàn)，單井涌水量360m3/d。

圖6 曹家官莊3號(hào)點(diǎn)測(cè)深曲線

5 確定含水層深度

利用電測(cè)深確定含水層的深度，一般采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法，即h=s×(AB/2),h為含水層的深度，AB為電測(cè)深的供電極距，s為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)值。對(duì)比分析30余眼鉆孔資料與電測(cè)深推斷含水層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)隨供電極距的增大而變小，且在一定的供電極距范圍內(nèi)，系數(shù)變化較小，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系見表3。

表3 不同供電極距與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

6 結(jié)論

(1)丘陵區(qū)物探找水首先需要進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查工作，在確定該區(qū)含水類型和地質(zhì)體電性特征后，擇優(yōu)選擇合適的物探方法，能夠快速、高效完成定井工作。利用聯(lián)合剖面法快速追索構(gòu)造破碎帶，電測(cè)深確定儲(chǔ)水構(gòu)造位置，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法推斷含水地層深度，效果顯著。

(2)含水層的測(cè)深曲線特征與圍巖電阻率相關(guān)性較大，若圍巖為高阻，則含水層曲線特征表現(xiàn)為平緩上升或變異下降；若圍巖為低阻，則含水層曲線特征為明顯上升段。由于電測(cè)深法受體積效應(yīng)影響，在含水特征不明地區(qū)，應(yīng)以聯(lián)合剖面法確定的低阻正交點(diǎn)或V型低阻帶為主，必要時(shí)，開展激電測(cè)深工作，利用半衰時(shí)、衰減度來綜合判定是否為富水構(gòu)造。

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ApplicationofElectricityinGroundwaterExplorationinHillyAreasinRizhaoCity

ZHOU Liguo

(No.8 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Rizhao 276826，China)

When searching for shallow groundwater, indirect water exploration is mainly made by using the difference of resistivity between water-bearing geological bodies and the surrounding rocks. Through analyzing more than 50 water finding well logging data gained from different groundwater types in Rizhao city, characteristics of sounding curve of water-bearing layers have been summarized. If the surrounding rocks have high resistivity, the characteristics of aquifer curve show gentle rise or decline; if the surrounding rocks have low resistivity, the aquifer curve characteristics are obvious ascending section. For the water bearing characteristics are not obvious, multi-parameter measurement by using polarization method has been carried out. According to apparent polarization and half-time parameters, comprehensive estimation has been carried out. Pointing to different electrical characteristics of loose rock pore water, bedrock fissure water and tectonic fissure water in hilly area in Rizhao city, the composite profiling method has been used to deternine water structures, the IP sounding method has been used to determine the location of groundwater-bearing structures, and empirical coefficient method has been used to determine the depth of water-rich stratum. It can quickly and efficiently determine the well location and provide experiences for searching for water in the future in hilly area in Rizhao City.

Composite profiling method；IP sounding；groundwater-bearing structures；water- rich stratum; Rizhao city

2017-04-18；

2017-05-23；

陶衛(wèi)衛(wèi)

周立國(1983—)，男，寧夏彭陽人，工程師，主要從事物探野外勘探和室內(nèi)解譯工作;E-mail:344540922@qq.com

TV697.2

B

周立國.電法在日照市丘陵區(qū)找水中的應(yīng)用[J].山東國土資源，2017,33(12)：55-59.ZHOU Liguo. Application of Electricity in Groundwater Exploration in Hilly Areas in Rizhao City[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(12)：55-59.