鄂爾多斯白堊系盆地礦區地下水地球物理勘查特點和技術

劉亮光

（江西省地質局九0二大隊，江西 新余 338000）

盆地是我國西北地區重要的能源基地，地下水資源十分豐富。但是流域氣候干旱，降雨稀少，蒸發強烈，地表水資源匱乏，地下水已成為工農業的主要水源。根據鄂爾多斯和白堊系盆地地下水勘探的特點，指出了鄂爾多斯白堊系盆地其中的合理性和水質判別中的關鍵問題，認為 Eh-4電導率成像系統是鄂爾多斯白堊系盆地地下水勘探的合理有效系統[1]。

1 鄂爾多斯白堊系盆地概述

鄂爾多斯白堊系盆地位于鄂爾多斯盆地位處于中西部，是一個跨陜 、甘 、寧 、蒙四省(區 )的大型地下水盆地。它位于我國西部干旱半干旱地區，南部為黃土覆蓋，北部為沙漠覆蓋。近東西延伸，南北兩地的沉積環境、巖性構造、巖相古地理有明顯差異，使兩地區地下水具有明顯的區域變異特征。根據地下水循環的深度，盆地北部可分為淺層含水層系統、中層含水層系統和深層含水層系統。 其水文地質特征為： 白堊系志丹群碎屑巖是一個連續的非均質含水雜巖體，屬于裂隙-孔隙雙重介質。膠結和孔隙度差的砂巖孔隙度大，裂縫發育，是儲水和導水的良好介質。膠結性好、硬度高的砂巖孔隙度小，裂縫發育，富水性差。巖相空間變化復雜，水質水量具有復雜變化和高原自流盆地特征。構成相對的防水、邊界。地下水主要由大氣提供，承壓水主要由上游地下水和地下水徑流提供。

2 地下水系統概念

地下水系統是我國現如今水文地質學研究的熱點問題之一。到目前為止，對“地下水系統”的概念我國暫時還沒有明確的定義和統一的認識。原來地球、水、系統如同在時間和空間中，四維自然界，能量不斷，有機整體新陳代謝。任何復雜系統都可以概括為三個方面： 系統的構成、系統的結構、角色的塑造、系統與周圍媒介的相互作用，以及系統中各要素之間的關系、系統、角色、性質和發展，以及發展的歷史。因此，提出了與地下水系統概念相似的“水文地質系統”概念。句子太長，請用較短的句子，包括含水層、含水層及其組合； 主含水層空隙的性質； 主含水層的巖性； 主含水層的儲量、水和水的傳導性； 主含水層； 主含水層； 補充和建立條件。

中國科學院的資深博士陳孟雄教授對于地下水體系與地下水系統的定義做出了比較全面的總結，并給出了對含水層體系與地下水系統的具體定義以及區分。地下水系統是一種復雜的體系，受不同自然環境和人為因素的制約，存在著各種程度的相互交叉聯系和作用，有著四維空間和時間分布、屬性和獨立單元，并有著自身的特征和不斷發展的運動規律。這個統一的系統有如下特點[2,3]：

（1）地下水系統由多個相互獨立、相互關聯、相互影響的子系統或子系統組成。

（2）地下水系統是一個水文系統的組成部分，降水與地表水系統的存在密切相關，受地表水輸入輸出系統的控制。

（3）每個地表、地下水和系統都有其慣有的特點，包括自己的含水層系統、水循環、水動力學、系統、水化學和系統。

（4）地下水系統的時空分布和演化是受人類活動的控制。

（5）含水層，系統和地下水系統代表兩個不同的概念，前者有固定的邊界，后者有自由變化的邊界。

其中，最全面的是陳孟雄院士的地下水系統概念及其特點，最詳細、最具體的是提出的地下水系統、研究內容和方法，無論在理論上還是在實踐中，都具有很好的指導、指導意義。必須指出，由于研究對象所處的水、文化、土地和質量條件的差異，在分析某一特定地下或地下含水體的地下水系統時，還必須靈活運用，根據研究內容著眼于需要解決的主要問題，牢記地下水系統的科學性和實際應用。

3 不同的物探方法

3.1 對于松散沉積空隙地下水的勘探

3.1.1 粗粒較厚含水層電阻率測深法的應用

在松散地層中，含水層的分布一般為水平層，由于不同土層的電阻率不同，因此在電法勘探方法的選擇中常采用電阻率法（如圖1）。當含水層厚度相對埋深較大時，電性層相對簡單，可以取得較好的勘探效果。一般來說，在野外作業過程中應考慮含水層的厚度和含水層的高程，在布線過程中可采用交叉布線法。交叉布線法是根據不同的地質條件，沿地層變化較大的方向布置測線和測深點，選擇一個含水層較厚、埋深較深的合適點。根據與原直線垂直的直線上各點的曲線變化，選擇最佳位置。

圖1 實際現場物探過程

3.1.2 細粒較薄含水層綜合電法的配合使用

在含水層結構壁較薄的地方，如沖積扇、洪積扇以及河流邊緣，土壤顆粒通常較小，含水層多聚集于水泥層或過篩細土層，但由于細粒土的電阻率與非含水層結構的電阻率很接近，因此電阻率法并不明顯區分出土壤是否屬于含水層結構，在電阻率測定的曲線上電阻率變化也不明顯。所以，電阻率法并不是單純用來測量這些區域的含水量，而且還可能需要進行其他電法勘探方法如電阻率法等方式的檢驗。

3.2 對于基巖裂隙地下水的勘探

由于基巖中含水層的電阻率與周圍基巖的電阻率之間有較大的差異，所以在測量方法的選用上可采用電測剖面法，從而取得了較好的勘探效益。在野外使用這種方法時，就很有必要地對環境進行了全面調查，以確保光電法的使用不受到周圍天然電廠的影響。如果在檢驗過程中發生了特殊情況的，就必須通過聯合斷面法加以檢驗。一旦利用節理剖面法所測得的曲線上存在一低阻正交點，并且自然電場和曲線的最低點相吻合時，就能夠確認了結構的存在，進而利用綜合剖面法和激電探測法測定了結構的具體條件，這樣測量人員就能夠判斷周圍地下水的情況。

4 物探方法的選擇

根據白堊系盆地地下水勘探的特點，提出了電法(包括電阻率法、激發極化法)和地震法。

根據白堊系盆地地質地球物理模型，彈性波勘探與電法勘探相結合是解決白堊系盆地巖性及水質變化特征的最佳組合。但是，由于地震勘探成本高，一般較少在工作區域使用。因此，從解決問題的能力和地區特色入手，是一種更為合理、經濟的方法。盆地內存在明顯的水質問題，可間接反映地下水的礦化程度。物理參數只是電阻率，中間水是唯一的途徑。因此，電阻率法的應用是首選的。電法勘探是地球物理最基本的方法之一。方法： 直流法、電阻率法、激發極化法、極化法和交流電電阻率法。對于鄂爾多斯、白堊系、系列盆地、 ac 法、電阻率法等最適合地下水研究的方法，包括頻域法、電阻率法、時域法、電阻率法2種類型。在頻域上，電阻率法具有探測深度大、效率高、分辨率高的特點。

Eh-4電阻率成像系統是頻域電阻率法新技術的產物，是由美國GEOMETRICS和 EMI公司聯合生產的。Eh4導電成像系統是幾何和電磁干擾的結合產物。這個系統是受控源和自然源的結合。在電磁測深中，系統的基本參數是時域正交電場分量和頻率視電阻率。由于勘探深度不同，系統的配置也不同，勘探深度的基本配置，為數十至1000多米，低頻配置的勘探深度為3000多米。在地下水勘探中，地表主要用于劃分地層巖性，確定含水體的深度和厚度，查明構造規模、性質、產狀和裂隙發育程度等。在現有的技術條件下，它充分利用了頻域、電阻率分辨率、高速、光照、探測、大深度等特點，是法國電磁學的最新技術。

該盆地存在明顯的水質問題，可以間接反映地下水的礦化程度，物理參數只是電阻率值，利用地層電阻率與巖性、孔隙度和溫度的關系找到地層中的產狀，中間水是唯一的方法。因此，電阻率法的應用是首選方案。

5 勘察效果

5.1 白堊系地層分布特征

白堊系、地層、地下水、屬于碎屑巖的砂巖、碎屑孔隙、孔隙水及其主要含水層。由于顆粒、膠結物、成分、膠結程度和水質的變化，地層和電阻率都會發生變化。因此，地層劃分的目的可以通過地表測量地下地層的電性變化來實現。一般含水砂巖，電阻率高，具有電阻率高的特點，其絕對值、大小，反映了巖性和水質特征。而泥巖、砂質泥巖和泥質砂巖的電阻率較低。當視電阻率在上部時，局部電阻率不均勻，其分布特征反映了其特殊地理環境和環境變化產生的特征。

5.2 水質變化特征

在所有物理參數中，只有電阻率與地下水水質關系最密切。因此，如何定量、準確地獲取地層、電阻率和地層水溶液電阻率、電阻率，是水質評價的重要任務。在水質評價中，首先要分析其形成的原因，其中的主要因素，并進行必要的分析。根據白堊系地層特征，孔隙度、孔隙度和孔隙度是主要的影響因素。根據阿爾奇公式： 地層水、溶液電阻率、地層電阻率和孔隙度之間的關系。根據地層水溫度、礦化度和電阻率之間的關系，綜合考慮了地層溫度和水化學類型等因素，按照 alch 公式計算地層水溶液的電阻率。

5.3 白堊系盆地地下水水質評價實例

Eh-4電導率成像，系統頻率高，點豐富，分辨率高，勘探深度大，對鄂爾多斯白堊系盆地地下水勘探工作是可行和有效的。可以清楚地反映白堊紀地層和構造的變化。利用 Eh-4電導率成像系統，對水質進行電阻率值判別，具有很高的可靠性，是對其鄂爾多斯白堊系系統盆地地下水水質判別的關鍵。

6 結語

通過以上分析，可以看出不同的地下水調查方法各有特點，也有優缺點，在選擇調查方法時應結合實際情況，如含水層的性質和具體分布，科學合理地確定電法勘探方法，以不斷提高電法勘探的效率，取得良好的勘探效果。