電阻率測深法在固陽北—白云鄂博“紅層”覆蓋區找水中的應用

樊永剛 張治國 賈大為 段志勇

摘要：固陽北-白云鄂博屬內蒙古中北部干旱地區，部分第三系“紅層”覆蓋區地下水資源極度貧乏，人畜飲水極為困難。本文運用常規電阻率測深法，在結合地質、水文地質特征和電性參數特征的基礎上，通過對電阻率測深曲線的定性、定量精細解釋，對含水層的埋深、厚度及其富水性等進行了綜合評價。實踐證明，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

前言

電阻率測深法作為一種成熟的傳統水文物探找水方法，在內蒙古的許多地區得到了非常好的應用。但鑒于方法本身存在“多解性”的局限，往往容易在水文地質條件復雜且較差的地區，尤其是第三系“紅層”覆蓋區出現誤判。筆者于2012年～2013年在固陽北—白云鄂博“紅層”覆蓋嚴重缺水地區進行的電阻率測深工作，在詳細研究區域地質、水文地質特征和電性參數特征的基礎上，對電阻率測深曲線進行了精細的定性、定量綜合解釋，劃分出了相對富水層位、區段，經鉆探驗證取得了較為顯著的找水效果，成果為實現固陽北—白云鄂博嚴重缺水區的找水突破提供了有益的借鑒。

1.研究區概況

固陽—白云鄂博行政區劃屬包頭市，地處蒙古高原南部。區內降水量小，蒸發量大，屬中溫帶大陸性季風氣候區。區內地表水系不發育，地下水資源也非常貧乏，且分布極不均勻。尤其近年來地下水水位呈逐年下降趨勢，使得“紅層”覆蓋區，即第三系寶格達烏拉組紫紅色泥巖大面積覆蓋區（固陽縣北部及白云鄂博礦區周邊），每到六七月份干旱時節，部分村、鎮的群眾連最起碼的人畜飲用水都難以為繼，不僅嚴重影響了當地農牧民的生活質量，也嚴重制約了當地政府的經濟發展與生態建設戰略。雖然，近幾年當地政府相關部門或農牧民也在區內施工了不少水文鉆探孔，但多不理想。

2.區域水文地質概況

區內水文地質條件主要受氣象、水文、地貌、巖性、地質構造及古地理環境等因素的影響和控制，第四系松散巖類孔隙水主要分布在局地的溝谷中，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，富水性越好；碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在西河盆地、固陽盆地中，含水層巖性為第三系、白堊系下統的砂巖和砂礫巖；基巖裂隙水主要分布在基巖出露區，其含水層富水性受地質構造、巖性及節理、裂隙發育程度影響，富水性差異較大。

固陽北一白云鄂博“紅層”覆蓋嚴重缺水區地表多為第三系寶格達烏拉組紫紅色泥巖大面積分布區，層厚幾十米至上百米不等，下伏地層以白堊系下統固陽組砂巖、砂礫巖和中上元古界白云鄂博群為主，總體富水性較差。

3.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（或弱含水層）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。

4.電阻率測深工作方法

所用工作方法為常規垂向電阻率測深法。觀測參數為視電阻率ρ_s。工作以剖面為主，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=750m。基本點距100m或250m。

對測深曲線進行定性、定量綜合解釋，解釋結果為各電性層的真電阻率、厚度，并對其巖性及其相對富水性做出判斷。

5.百靈淖鄉公中渠村找水實例

5.1地質特征

公中渠村地處固陽盆地北緣，位于百靈淖鄉西南方向約7kin處。地表多為第四系含砂礫壤土層、第三系紅色泥巖所覆蓋，厚度不詳，下伏地層不詳。

5.2電阻率測深曲線特征

公中渠剖面上各點測深曲線多為HKH型，可大體分為五個電性層，且ρ1>ρ2<ρ3>ρ4<ρ5。

以265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IPl2win軟件對其進行了定量解釋，并結合區域水文地質、水文物探電性參數特征精細解釋如下：第一層ρ1=15Ω·m，為第四系含砂礫壤土層的反映；第二層ρ2=100·m，為泥巖的反映；第三層ρ3=14.7Ω·m，為泥巖夾薄層砂巖的反映；第四層ρ4=9.7Ω·m，為砂巖與泥巖互層的反映；第五層ρ5=7.3Ω·m，主要為泥巖的反映；第六層ρ6=154Ω·m，為太古界或元古界地層的反映。由圖1中曲線可以看出，其中的第四電性層如不仔細分析、研究、進行精細解釋，很容易與第五電性層混為一體，并單獨劃分開來。

5.3綜合斷面圖特征

從其視電阻率斷面圖（圖2）上可以看出，AB/2在3m～25m范圍內，視電阻率變化較大，其等值線出現了幾個相對高值區、低值區，說明淺地表層的電性差異較大，成分差異亦較大；AB/2在25m～500m范圍內，視電阻率變化相對較小，多在10Ω·m～14Ω·m之間，等值線較稀疏，總體上具有“略高-略低-略高”的電性特征，且相對低值均出現在（即11Ω·m等值線）AB/2為150m及以下，說明由上到下其巖性應有一定的細微差異；最下部的視電阻率值均大于14Ω·m，且14Ω·m等值線較為平緩，表明深部的巖性、基底起伏變化不會太大。

在對部分淺層的、厚度較小的、電阻率或高或低的局部夾層進行合并處理（主要是對淺地表電性層進行了合并處理）后，該剖面在-350m以淺總體上可以劃分為四個較為穩定的電性層，且ρ1<ρ2>ρ3<ρ4。

從地電斷面圖上看，電阻率在10Ω·m～65Ω·m的淺地表電性層厚度總體不大，一般多在7m以下，局部略大一些，是第四系含砂礫壤土層的反映。第二電性層電阻率多在11Ω·m～30Ω·m，厚度一般在30m～120m，推測是泥巖夾薄層砂巖（局部含礫）的反映，弱含水，其厚度在490點、440點、335點、285點附近較大。第三電性層電阻率小于10Ω·m，多在7Ω·m～9.5Ω·m，厚度一般在220m～350m，是以泥巖為主、局部地段夾薄層砂巖的反映，不或弱含水，推測其局部地段巖性、厚度、結構、構造等存在一定差異。最底部的高阻層，電阻率值大于150Ω·m，推測反映的是太古界或元古界地層，不含水。值得注意的是，在265點附近的第二、第三電性層之間存在一電阻率介于其二者之間的電性層，電阻率在9.7Ω·m左右，厚度在50m左右，推測是砂巖與泥巖互層的反映，弱含水。

5.4鉆探驗證

對比該剖面各點的定性、定量解釋結果可以看出：265點附近泥巖夾薄層砂巖（局部含礫）、砂巖與泥巖互層的總厚度應在104m左右，相對較大，且連續性較好。故建議在265點附近施以110m深的驗證孔。綜合考慮水文地質條件后在265點上施以了BK02水文地質鉆孔，孔深113.3m。從其鉆孔綜合圖上可以看出：0m～-1m為第四系含砂礫壤土層，-1m—-51.0m為泥巖夾薄層砂巖（局部含礫），-51.0m～-96.8m為砂巖與泥巖互層，-96.8m～-113.3m為泥巖。砂巖總體上為一套含水或弱含水地層，泥巖為隔水層，不含水。各層厚度與精細定量解釋結果基本相近。涌水量達312m³/d，礦化度為0.72g/L。

6.白云鄂博區南部找水實例

6.1地質特征

白云鄂博區南部地表多為第四系含砂礫壤土層、第三系紅色泥巖所覆蓋，厚度不詳，下伏地層不詳（水文物探剖面位于白云鄂博區南3kin處）。

6.2電阻率測深曲線特征

白云鄂博區南剖面上各點測深曲線多較復雜，但在對部分較薄的局部夾層進行合并處理后，可大體分為三個電性層，且ρ1>ρ2<ρ3。

6.3綜合斷面圖特征

從其視電阻率斷面圖（圖3）上可以看出，AB/2在3m～25m范圍內，視電阻率變化較大，其等值線出現了幾個相對高值區、低值區，表明淺地表層的成分變化較大；AB/2在25m～220m范圍內，視電阻率變化不大，多在15Ω·m～20Ω·m之間，等值線稀疏，表明其巖性應有一定的細微差異；最底部的視電阻率值均大于35Ω·m，且35Ω·m等值線較為平緩，表明深部之基底起伏變化不大。

從地電斷面圖上看，電阻率在5Ω·m～200Ω·m之間的淺地表電性層厚度不大，一般均小于10m，是第四系含砂礫壤土層的反映。第二電性層電阻率在13Ω·m～30Ω·m之間，厚度一般在110m～190m之間，是砂巖（局部含礫）與泥巖互層的反映，弱含水，且當其阻值相對較高時，說明砂巖（局部含礫）相對較厚，泥巖相對較薄，其含水性更好。第三電性層的電阻率值大于200Ω·m，反映的是較為完整的元古界地層，不含水。另外，在500點～520點之間的淺地表還存在一電阻率小于10Ω·m的厚度小于8m的電性層，推測其為單一泥巖層的反映，不含水。

6.4鉆探驗證

對比該剖面各點的定性、定量解釋結果可以發現：530點附近第二電性層的厚度相對較大，電阻率值相對較高。故建議在530點附近施以170m深的驗證孔。綜合考慮水文地質條件后在530點上施以了BK03水文地質鉆孔。從其鉆孔綜合圖上可以看出：0～-0.4m為第四系含砂礫壤土層，-0.4m～-168m為砂巖（局部含礫）與泥巖互層，-168m以下為元古界地層。各類砂巖總體上為一套含水、弱含水地層，泥巖為隔水層，不含水。各層厚度與定量解釋（定量解釋基底埋深167m）結果基本相近。涌水量達295mTd，礦化度為1.04g/L。

結束語

2012年～2013年在固陽北一白云鄂博“紅層”覆蓋嚴重缺水區進行的水文物探工作總體上來說是成功的，施工的2個驗證孔均取得了較好的找水效果，受到了當地群眾和政府的一致好評。筆者認為在對電阻率測深曲線進行精細解釋時，把水文地質、電性參數特征有機地結合起來，就能夠更好地發揮常規電阻率測深這一傳統水文物探方法的獨特優勢，進而實現嚴重缺水區的找水突破。