水文地質調查與綜合物探在找水中的應用

高 歡

(河南省地質礦產勘查開發局 第二地質礦產調查院，鄭州 450001)

0 引 言

我國幅員遼闊，存在較多的貧水地區，找水技術一直以來是相關領域的研究重點[1]。崔小江等[2]為提高找水和控水效率，對水平井技術在找水中進行了應用，結果表明具有良好的應用價值。林君[3]歸納了核磁共振找水技術的應用現狀與發展前景。李偉等[4]考慮到巖溶地區的地質特性，對在巖溶地區的找水技術進行了探討。劉新號[5]對蓄水構造的山區找水技術進行研究，結合物探方法，提高了找水定井的效率。王百等[6]對小流量水平井找水技術的機械工藝進行優化，為找水提供了有效的技術手段。張兆民等[7]針對濰坊貧水山區，對該地區的地下水賦存特征和地質構造進行分析，評價了富水性。李俊[8]依據干旱區的儲水構造和水文調查，提供了找水鉆孔的依據。

針對缺水地區找水情況，本文通過物探手段對4個找水點的水源進行探測，介紹了水文地質調查與綜合物探相結合的找水技術。通過對物探成果分析和利用鉆孔驗證，對4個找水點的富水性進行確定，為地下水勘察工作提供參考和借鑒。

1 水文地質概況

本研究測試區內存在大面積的巖漿巖，其主要成分為侏羅紀花崗巖。測試區外圍存在由灰質砂巖、沉凝灰巖以及灰質粉砂巖等構成的互層。研究區內的區域構造為形成于加里東期的南嶺東西復雜構造帶，主要方向為北東東向方向，包含傾角60°和延伸10 km左右的斷裂帶，嚴重的逐漸發展成區域性大斷裂。圖1為測區物探位置簡圖。

圖1 測區物探位置簡圖

測試區存在多成分構成的含水巖組，其主要成分包括黑云母花崗巖長巖、侏羅紀黑云母花崗巖和二云母花崗巖等。依托賦存條件，將測區地下水劃分為兩種類型，分別為構造裂隙水和風化帶網狀裂隙水。構造裂隙水在裂縫發育地段的富水性較高，存在眾多的充水裂隙，構造條件和地層巖性是構造裂隙水的富水性主要的影響因素。風化帶網狀裂隙水的富水性受到風化殼厚度的制約，主要賦存于較強的風化帶中，水量在風化厚度大、巖石風化作用劇烈的地帶較為豐富，而在巖體風化厚度薄的地帶則富水性較差。

2 找水技術

2.1 物探方法與參數確定

在通過物探方法找水的過程中，需在盡短的時間內探測多個找水點。因此，在多個找水點之間布置一條物探測線，可以提高找水效率。為確保物探工作快速、有效地進行，找水的主要方法選擇高密度電法和聯合剖面法兩種方法。在聯合剖面法中，設置50和70 m的小極距，大極距設為110 m，點距設為10或20 m。在高密度電法中，通過60根電極、點距為10 m的溫納裝置進行觀測，以防止在有效探測深度范圍內發生橫向的偏移。

2.2 數據處理與解釋

2.2.1 數據處理

為保證探測效果，減少數據干擾的影響，高密度電法采集的數據通過直流激電反演系統IPInv進行處理，再將經過處理的數據通過繪圖軟件制成相應的數據圖。

數據處理主要分為兩個步驟：①在聯合剖面法中，若設置勘測線的地形有較大的起伏，先利用比值法改正地形，然后通過軟件繪制出電阻率曲線；若勘測線未穿過較大起伏的地形，則不需要做過多的處理，直接繪制曲線。②在高密度電法中，需要對文件格式進行轉換，將原始數據文件轉換為便于分析處理的文件格式，格式轉變完成后，對由于土層不均勻特性或者接地電阻過大等原因導致的壞點進行篩除。基于此，進行二維電阻率的反演處理，并利用相關軟件繪制等值線圖。

2.2.2 資料解釋

通過數據處理得到相關物探成果圖件，需對物探成果圖件進行相關分析與解釋。解釋遵循以下原則和依據：①圍巖和找水點的電阻分布范圍進行明確。②在聯合剖面曲線中，地層界限附近含水的節理裂隙和斷裂構造呈現低阻正交點特征或同步低阻特征。③在高密度電阻等值線中，地層界限附近含水的節理裂隙和斷裂構造呈現梯度帶、陡坎、錯斷等特征。④對水文地質資料進行深入挖掘，結合聯合剖面曲線圖與電阻率等值線圖進行進一步綜合分析解釋。

3 物探成果與鉆探驗證

3.1 物探成果

3.1.1 測區①

圖2為測點①的物探成果圖。圖2(a)展示了極距為70 m條件下的聯合剖面視電阻率曲線；圖2(b)展示了極距為150 m條件下的聯合剖面視電阻率曲線；圖2(c)展示了高密度電法視電阻率擬斷面圖；圖2(d)展示了高密度電法電阻率二維反演斷面圖。

圖2 測區①物探成果圖

從圖2(a)中可以看出，Ra和Rb曲線在里程較短時，視電阻率變化不大；在里程超過600 m之后，視電阻率開始出現大幅變化；在里程730 m附近，出現大幅度衰減。對比Ra和Rb兩條曲線情況，在里程較短時，Ra視電阻率大于Rb，隨著里程的增加，兩者數值逐漸接近，且呈現出相同的趨勢，Ra和Rb兩條曲線在里程560～580段附近呈現出正交特征。

從圖2(b)中可以看出，在里程較短的剖面，Ra和Rb曲線數值和趨勢差異都較為顯著，Ra曲線隨著里程的增加視電阻率降低，Rb曲線隨著里程的增加視電阻率提高，在600 m處的剖面出現低阻正交點，之后兩條曲線數值和隨里程增加的變化趨勢較為接近。因此，可推斷出在600 m剖面附近為斷裂構造發育帶。

從圖2(c)中可以看出，未顯示出斷裂構造發育帶的相關特征。而根據反演結果，見圖2(d)，其電阻率等值線在里程600 m之后逐漸變得稀疏，與聯合剖面展示的結果較為吻合。設置探水孔在剖面630 m附近，經過鉆孔驗證發現，在16.5～100.3 m深度范圍內存在富水性較好的構造裂隙的花崗巖。

3.1.2 測區②

圖3為測點②的物探成果圖。圖3(a)展示了極距為50 m條件下的聯合剖面視電阻率曲線；圖3(b)展示了極距為110 m條件下的聯合剖面視電阻率曲線；圖3(c)展示了高密度電法視電阻率擬斷面圖；圖3(d)展示了高密度電法電阻率二維反演斷面圖。

從圖3(a)中可以看出，在里程390 m剖面附近出現了Ra和Rb曲線的正交點特征。從圖3(b)中可以看出，在里程430 m剖面附近出現了兩條曲線的正交點特征。綜合圖3(a)和圖3(b)曲線趨勢，推論出在420 m剖面附近為斷裂構造。聯合剖面曲線在剖面420 m附近呈現出了低阻異向現象，而正如圖3(c)所示的高密度視電阻率推斷面，也能對低阻異常現象的發生進行反映，這也驗證了420 m剖面附近為斷裂構造的推論。從圖3(d)中也可以看出，破碎帶傾角約為70°，寬度35 m左右。在剖面420 m處設置探水孔，經鉆孔驗證，在深度14.5～83.5 m范圍內分布有構造裂隙花崗巖，具有較弱的富水性。

圖3 測區②物探成果圖

3.2 鉆探驗證

對圖1中的4個測區進行鉆探驗證和抽水試驗。表1為鉆探驗證和抽水試驗的結果。根據鉆探的數據和抽水試驗測得的結果進行分析，測區①內的富水性較好，由于地勢平坦，有較大的匯水面積；測區②和測區③內的探水孔出水量較低，推測可能是受到測區斷層為壓性斷層的影響；測區④內的鉆孔位于斷裂破碎影響帶內，有較好的地下水補給條件，富水性強。

表1 鉆探和抽水試驗結果

4 結 論

針對缺水地區找水情況，本文通過物探手段對4個找水點的水源進行探測，介紹了水文地質調查與綜合物探相結合的找水技術。通過對物探成果分析和利用鉆孔驗證，對4個找水點的富水性進行了確定。主要結論如下：

1)在測區①內極距為70 m條件下，Ra和Rb兩條曲線在里程560～580段附近呈現出正交特征。在極距150 m條件下，兩條曲線在600 m處的剖面出現低阻正交點，推斷出在600 m剖面附近為斷裂構造發育帶。

2)在測區②內極距為50 m條件下，Ra和Rb兩條曲線在里程390剖面呈現出正交特征。在極距110 m條件下，兩條曲線在里程420 m處的剖面出現低阻正交點，結合視電阻率擬斷面圖，推斷出在420 m剖面附近為斷裂構造發育帶。

3)根據鉆探的數據和抽水試驗測得的結果進行分析，測區①內的富水性較好；測區②和測區③內受到測區斷層為壓性斷層的影響，探水孔出水量較低；測區④內有較好的地下水補給條件，富水性強。