物探電法在礦區找水中的應用

李 佳，王 斌

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院，河南 鄭州 450000）

1 礦區水文地質條件

礦區地下水分為松散巖類孔隙水及碳酸鹽巖巖溶裂隙水兩種，松散巖類孔隙水主要分布于老灌河、淇河及其較大支流的河床、漫灘和Ⅰ-Ⅱ級階地上。含水層巖性主要為上更系統、全新統中粗砂、砂卵礫石、礫砂、砂礫質砂。巖溶裂隙水主要含水巖組為震旦系燈影組、中上寒武系及奧陶系下統含水巖組。震旦系燈影組巖層巖溶發育不均衡，富水性較差。奧陶系下統地層構造裂隙切層性強且延伸遠，有利于地下水循環和巖溶發育，常形成層狀溶洞，富水性較強。中、上寒武系可溶巖地層巖溶發育程度相對于奧陶系下統、震旦系燈影組可溶巖稍弱，但由于經受多期次構造活動，節理裂隙發育，節理裂隙延伸遠，切層性強，且經后期溶蝕、節理裂隙連通性好，為區內較好的巖溶裂隙水富集帶。本次水文地質勘查工作重點為中上寒武系、奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙水。

2 礦區地球物理特征

通過收集以往鉆孔測井資料和地面物探解釋結果及實測標本成果，經分析研究，區內各類巖性物性特征見表1。粘土的電阻率最低，基巖風化殼、巖溶和構造破碎帶電阻率較低，砂礫石的電阻率較高，白云巖、泥質白云巖、灰巖、泥質灰巖最高，上述巖性之間存在比較明顯的電性差異；根據激發極化找水教材，當巖溶和構造破碎帶含水時，其極化率較高；因此在礦區內利用物探尋找巖溶和構造破碎帶及含水性具備地球物理前提。能夠較好的劃分第四系與基巖的分界面、巖溶和構造破碎帶的位置、厚度及含水性。

表1 各類巖性物性特征

3 工作方法

根據測區情況和工作目的，本次物探工作主要采用聯合剖面法和激發測深法。使用儀器為重慶地質儀器廠生產的DZD-6A多功能直流電法（激電）儀，具有測量多參數的功能。

（1）聯合剖面。聯合剖面采用AO=90m和AO=180m兩個極距，MN分別為20m和40m，點距為20m。“無窮遠”電極垂直剖面布設，距測線的距離大于5倍AO，AO為1500m。

（2）激電測深。激電測深點距20m，電極距AB/2min=3m，AB/2max=450m，采用溫納爾對稱四極裝置。激電測深工作的布極方向受地物影響較大，一般采用垂直剖面方向，特殊地段采用無障礙物的方向布極。

4 物探資料的整理與解釋

4.1 聯合剖面解釋

在勘查區重點部位進行了聯合剖面工作，從電阻率聯合剖面上看(見圖1)，在AO=90m聯合剖面上，在53.8/2出現比較明顯的低阻正交點，說明在剖面的正交點處有低阻帶存在，結合地層巖性，分析也是地質界線的反應。在AO=180m的電阻率曲線上述正交點也有明顯的反映，說明該低阻帶具有較大的延伸，大（AO）極距的正交點比小（AO）極距的正交點位置南移，說明低阻帶向南傾。根據水文地質條件，奧陶系中統（O2）地層阻水帶，再結合以往鑿井實例，在礦區含水有利地段應在查明的低阻帶附近及以北的奧陶系下統（O1）地層中尋找。

圖1 聯合剖面ρs曲線圖

4.2 激電測深解釋

結合聯合剖面和水文地質資料，進行了激電測深工作，經過對資料的整理，繪制了測深曲線、等值線斷面圖。

定性解釋。測深曲線類型主要以A、HAA、HKH型為主；各種類型的曲線在不同的地質單元上，所反映的電性層有所不同，分析如下。

A型曲線：該類型曲線主要出現在基巖出露地帶，曲線首支是地表粘土（砂土）的和基巖嚴重風化的反映，首支上升部分是基巖較風化反映，曲線尾支上升段是完整泥灰巖、白云巖、灰巖的反映。

HAA型曲線：曲線首支是地表干燥粘土（砂土）的反映，首支下降段粘土（砂土）的反映，中部上升部分是砂卵礫石層或完整基巖（泥灰巖、白云巖）的反映，曲線緩升或平臺段是巖溶、構造破碎發育的反映，曲線尾支上升段是完整泥灰巖、白云巖、灰巖的反映。

HKH型曲線：曲線首支是地表干燥粘土（砂土）的反映，首支下降段粘土（砂土）的反映，中部上升部分是砂卵礫石層或完整基巖（泥灰巖、白云巖）的反映，曲線緩降或平臺段是巖溶、構造破碎發育的反映，曲線尾支上升段是完整泥灰巖、白云巖、灰巖的反映。

從激發極化參數分析，極化率ηa、半衰時Th、綜合參數Zp三參數在不同地層或含水層段都有較明顯的變化規律和特征。一般情況下ηa參數的背景值在0.5%～0.8%之間，異常值在0.8%～2.8%之間；Th參數的背景值在0.6-0.9之間，異常值在0.8以上；Zp參數的背景值在0.6左右，異常值在0.8以上。ηa、Th、Zp三參數的上升段通常是含水巖溶、構造破碎帶的發育地段的反映，依據ρa、ηa、Th、Zp四參數幅值大小、強弱的變化規律來綜合判斷和劃分含水巖溶、構造破碎帶的發育的空間位置。ηa、Th、Zp三參數的異常一般出現在ρa曲線的下降段或緩升段、平臺段，這些部位是尋找地下巖溶、構造裂隙帶水的有利部位。

通過對ηa、ρa等值線斷面圖（見圖2）的形態分析可知，在AB/2=15米左右ρa等值線呈低阻，其值在20ΩΜ左右，是粘土(砂土)的反映；等值線的起伏變化反映了粘土(砂土)層厚度的變化規律。在AB/2=15-120m之間，ρa等值線在剖面南段比較稀疏，呈相對低阻反映，是巖溶、構造裂隙發育反映；在剖面的北中部ρa等值線比較密集，是完整基巖的反映，也說明基巖巖溶、構造裂隙不很發育。ηa等值線在ρa等值線呈低阻或稀疏地段均有異常反映，其值在1.0%左右，說明巖溶、構造裂隙充水性較好，是尋找地下水的有利地段。在AB/2=120m以下ρa等值線的梯度較大，上升較快，沒有比較明顯的畸變現象，說明在該區的深部基巖比較完整，巖溶、構造裂隙不發育。

圖2 激電測深ρs、ηs等值線斷面圖

由上述定性分析可知，該區各剖面南段奧陶系地層之上覆蓋有厚度不等的第四系地層，其厚度0m～15m，剖面北段奧陶系地層出露地表，第四系地層基本上呈南段厚，北段薄的趨勢。奧陶系O1地層在150m以上在剖面的南段有比較好的巖溶、構造裂隙發育帶，具有良好的地下水徑流通道和儲水空間。

根據定性分析結果和已知井的用水量，把該區含水性可劃分為兩類Ⅰ類含水地段（O1、O2地層接觸帶附近）其單井涌水量在100噸/時左右，Ⅱ類含水地段（O1、O2地層接觸帶以北）其單井涌水量在50噸/時左右。

定量解釋。電測深曲線的定量解釋主要采用傳統量板法和經驗法（畸變的電測深曲線），通過測深曲線解釋結果與鉆探結果對比（見圖3）可知，兩者基本吻合，說明解釋方法正確，解釋準確可靠。

圖3 測深曲線解釋結果與鉆探結果對比圖

由定量解釋結果可知，在勘查區，第四系覆蓋區粘土層厚度0m～15m左右，北薄南厚；基巖埋深在0m～15m，巖溶、構造裂隙發育段的埋深在25m以下，厚度在50m～100m之間；180米以下為比較完整的基巖。

5 結語

通過對物探資料的整理、分析與解釋，測區的地電特征、巖溶、構造裂隙發育情況和富水性有了比較明確的認識。確定了震旦系與寒武系、奧陶系O1與O1地層在第四系覆蓋區的接觸位置，查明了隔水巖組與含水巖組分布位置，為鑿井施工提供了靶區。在水文地質勘查中，利用聯合剖面法和激電測深法相互結合，以聯合剖面曲線確定構造的范圍和走向，再用激電測深確定巖溶、構造的位置，綜合分析，取長補短，能夠獲得較好的找水效果。