電測深在遼陽找水中的應用

葛 歡，盧君實

（東北煤田地質局物探測量隊，遼寧 沈陽 110101）

遼陽市文圣區小屯鎮寶鏡山村、上麥村等地區位于遼陽市區以東約10 km處，屬于沈遼鞍營經濟帶，區域位置優越，交通便利。為了解決遼陽市文圣區小屯鎮寶鏡山村、上麥村等地農田用水緊缺情況，文圣區農業綜合開發辦公室對該地區的水井建設給予財政資金支持。為了更好地規劃預算，決定通過電法勘查工作，查清勘查區內第四系地層的賦水情況，為井位布設及井深設計提供參考依據。

1 地質概況及地球物理特征

1.1 地質概況

據相關地質資料顯示，勘查區位于太子河中游地段，構造屬中朝準地臺，太子河流域地層基底是前震旦系呂梁運動形成的緯向構造骨架，它是由遼河群、支山群結晶變質巖系組成的，呈近東西方向延伸。由于陰山—天山東西復雜構造帶這個古老的基底自太古界以后下部分上升為陸，不接受沉積，僅少部分凹陷地段接受沉積，所以，太子河流域是東西復雜構造帶中的次一級或第三級構造，其方向和區域構造一致，近東西向展布。第四系的分布受古地形和構造控制。隱伏于平原底部的營口——伶二堡斷裂及與其平行的一些東西向斷裂，使山前地帶基底呈階梯狀下降。第四紀堆積物從山前到平原中心相應的逐級增厚。

本次勘查區是太子河由出山口的上游山區進入中下游平原區的開始，逐漸進入平原或丘陵區第四系覆蓋層厚度亦隨之增加，屬扇緣或扇間洼地細顆粒相堆積區，第四系厚度為60～80 m，礫卵石、砂礫石約占66%～87%.扇形地砂礫石巖性復雜，有石英巖、砂巖、花崗巖、角閃斑巖、輝綠巖、長英巖等，具棱角狀與次棱角狀，較小的礫石扇平均系數為2～8，砂的含量4%～14%，黏性土呈薄夾層或透鏡體于邊緣偶然出現，含量小于10%.

1.2 地球物理特征

將電法勘查用于水文勘探所依據的地球物理前提，是組成地下地層介質間的導電性差異。理論上看，干燥地層的電阻率表現為極大值，而隨著地層中的濕度和含水程度的增加，比如飽含地下水，則地層電阻率將下降，在電測深曲線上反映是以相對低阻出現，而不含水的地層表現為相對高阻特征。本次勘查區位于太子河中游地段，為丘陵地貌，據資料介紹，勘查區含水層主要由第四系地層組成。這一層主要以礫卵石、砂礫石為主，其含水層電性與上覆面黏土層，下伏基巖層的電性均有一定的差異。綜上所述，本區具備了利用電法（電阻率參數）勘查解決水文地質問題的前提條件。

2 工作方法與工程布置

根據本次承擔的地質任務，結合勘查區地質條件及地貌特點，此次野外施工采用直流電測深法工作。

2.1 基本原理

直流電測深法又稱為電阻率垂向測深，是利用巖礦石的導電性差異作為基礎，分析電性不同的巖層沿垂向分布情況的一種電阻率方法。直流電測深法是在同一點上逐次增大供電電極距AB，使勘查深度由小逐漸加深，于是可觀測到測點處沿深度方向由淺至深的視電阻率變化規律。通過對反應地電斷面變化的電測深ρs曲線的分析，可以了解深度方向上地電斷面的特征，工作原理示意圖如圖1所示。

在電測深法中，最常用的裝置是對稱四極，其中A，B是供電電機，M，N是測量電極，它們對稱觀測點進行布置。工作時，供電電極距AB從最小電極距A1B1變化至最大電極距ANBN，每改變一次電極距AB，對應地觀測一次ΔUMN和IAB，并據此計算出視電阻率ρs的值。根據這些極距的觀測結果，繪制出AB/2作為橫坐標，ρs作為縱坐標（雙對數坐標系）的電測深ρs曲線。

當ρs與AB/2之間成函數關系時，其曲線稱為電測深曲線。ρs曲線的變化規律反映了垂直深度方向上斷面的電性變化，因此，可以根據ρs曲線對不同電性層的厚度及電阻率值進行確定。地電斷面類型不同時，ρs曲線形狀相應也不同。

2.2 探測裝置

本次電法勘查選擇對稱四極裝置方法進行野外施工。以滿足地質任務需求作為原則，結合勘查區內的地質條件，確定供電極距AB/2最小值以3 m始，最大至220 m止，一共設置16個觀測極距，即AB/2極距有16個遞增值，分別3 m、4 m、5.5 m、7.5 m、10 m、13 m、17 m、22 m、30 m、40 m、55 m、75 m、100 m、130 m、170 m、220 m。測量電極MN采用活動方式，其與供電電極距之間的關系是MN/AB=1/10。

2.3 工程布置

電法勘查物理點分布以電法規范和規程為依據，結合勘查區的地質及實際地表條件，按甲方的需求，選擇能夠達到預定目標的部位分為4個不同區塊進行布點，分別是楊家溝、廠房溝、寶鏡山村、井兒溝。其中，在楊家溝布置測線1條，測點點距為300 m，布置4個電法物理點（1，2，3，4號點）。廠房溝、寶鏡山村、井兒溝選擇性分散布置電法物理點11個（井兒溝水源井井旁測深點1個即9號點），這些電法物理點能夠滿足現階段勘查需求。測點布置如圖2所示。

3 資料分析與解釋

電法資料的解釋是在從已知到未知、從簡單到復雜、從點到線、從局部到全區的原則下進行的，勘查區內所有觀測信息的分析、認識是建立在已知的地質數據基礎上。通過對電法資料的分析研究及各種物性圖件上反映出特征，從而對勘查區地層的分布、含水構造的發育進行解釋。

3.1 曲線類型分析

曲線定性解釋是整個解釋過程中的重要階段，其重點是研究電法資料與所對應的地質剖面的關系，通過對電法資料和各種物性圖件上反映出的電性特征分析研究，從而對施工區進行定性了解。本次定性解釋主要由電測深曲線類型的劃分、分析完成。

電測深曲線類型的變化，是由組成地層中不同巖性所產生的電性變化結果。不同的電測深曲線類型，所顯示的地層結構也各不相同。因此，電測深曲線類型的劃分確定，主要是利用地質資料確定含水層在電測深曲線上的反映。由于篇幅原因，本文僅介紹井兒溝水源井9號電測深點應用效果。井兒溝水源井位于井兒溝村西，據村民介紹該井為村民生活用水井，井深約70 m，水量充沛。9號電法觀測點在井旁布置，實測電測深曲線總體劃分為HA型，如圖3所示。曲線從AB/2起始點開始，至AB/2=30 m電性變化以低阻為主，電阻率在30～50 Ω·m間變化，組成曲線的H形部位，AB/2=40 m后以近45°的角度上升，是曲線的A形部位。曲線由大體由4個電性層組成，因此，分析認為AB/2=40 m前，曲線反映的是黏土層、含水層沙礫層，且富水性較好，AB/2=40 m后，曲線呈45°角上升，電阻率有變大的趨勢，表明底部灰巖地層較厚，為相對隔水層。井兒溝水源井井旁電測深曲線類型劃分及分析，對本次電法勘查其它區塊的電測深曲線有一定的對比意義。

3.2 資料反演解釋

反演解釋工作是在定性解釋基礎上進行的。資料反演軟件一般采用Winsev6電測深資料分析軟件。該軟件的特點是能夠快速、便捷地對原始數據進行反演，繪制出水平地層視電阻率測深曲線，為解釋實測曲線提供理論依據。用marquardt阻尼最小二乘法自動擬合解釋實測曲線，可以求出地層厚度和其電阻率值。對于電測深曲線，還可以選用佐迪方法進行計算，這種方法不需要提供初值，能夠詳細劃分地層。佐迪方法實際上也是最小二乘優化反演，可以通過不斷調整初始模型直至實際測深曲線和模型測深曲線之間的擬合誤差達到最小，最終的模型參數即為反演解釋結果。結合本區的實際情況，本次對所有測點進行了反演解釋工作，以進一步了解電性層與含水的礫卵、砂巖層之間的關系。下圖4為9號測深點反演擬合曲線，表1為反演擬合處理后，地層電阻率、厚度及反演深度的對應關系。

4 結論

通過對該區所有電測深點曲線及電阻率反演結果分析，認為勘查區含水層主要集中在第四系底部的礫卵、砂礫層中，在水文地質上，測區屬于上更新統粗碎屑堆積區即扇頂亞相，是富水區。楊家溝地塊地表黏土或亞黏土層電阻率值較低，在視深度50～70 m處電性呈現出低阻含水層的特點，底部電阻率值逐漸升高，為相對隔水層。可以推測這一地塊地下水賦存較好。其他3個區塊的觀測點比較離散，不能形成有效的斷面，結合地質與水文地質資料，依據觀測點的定性解釋結果，推測認為山地邊緣坡地的地下含水層富水性較差或較弱，比如廠房溝地塊。而在寶鏡山及井兒溝地塊的地下富水性相對較好，含水層厚度在30～50 m。

根據本次電法勘查結果，選擇在富水性較好的地段成井，井深在60～70 m，并通過實際驗證，取得了較好效果。

［1］ 傅良魁.電法勘探教程［M］.北京：地質出版社，1983.

［2］ 程志平.電法勘探教程［M］.北京：冶金工業出版社，2007.

［3］ 李金銘，羅延鐘.電法勘探新進展［M］.北京：地質出版社，1996.

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