激發(fā)極化法電測深在地下水探測中的應用

姚惠明

【摘要】本文介紹了激發(fā)極化法電測深探測地下水的方法原理,通過該方法在陜南某地地下水探測中的實際應用,總結了在地下水探測中地下含水層的一般激電特征，并對激發(fā)極化法電測深在地下水探測時應注意的問題進行了分析。

【關健詞】激發(fā)極化法電測深 地下水探測 方法原理 激電特征

0 引言

隨著我國工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，工農(nóng)業(yè)用水、生活用水需求量越來越大，對地下水的開采量也不斷增加，地下水資源日趨緊張，因此，必須尋找更多的地下水資源，才能滿足工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展及人民生活水平不斷提高的需求。

激發(fā)極化法電測深是重要的探測地下水資源地球物理探測方法之一，本文就是通過該方法在陜南某地地下水探測中的實際應用，總結出探測區(qū)地下水的激電特征，結合探測區(qū)水文地質資料，分析地下水補給、運移、富集、地層結構、構造等水文地質條件，分析含水地層的厚度變化及其水量等情況，以便對地下水資源作出正確評估，為國家的經(jīng)濟建設服務。

1方法原理

激發(fā)極化法電測深基本原理是基于巖石的激發(fā)極化效應，是巖石顆粒含水后在外電場作用下的一種電化學反映，因此，它必然和巖石中的水有關，如果沒有水，也就沒有激發(fā)極化效應。但激發(fā)極化效應也并非與巖石的含水量成正比，而是與一定的顆粒結構有關系，飽含水分的粘土就沒有強的激發(fā)極化效應。實踐表明，古河道、古洪積扇、巖溶溶洞水、砂巖裂隙水、粘土和充水的斷層破碎帶等有開采價值的含水層，都有明顯的極發(fā)激化效應。激發(fā)極化法電測深一般測量四個參數(shù)：視電阻率ρs、激化率ηs、激發(fā)激化比J、衰減度D等。其中ηs、J、D它們都是用來反映激發(fā)極化效應特征的參數(shù)。當激電測深未反映這些含水層時，激發(fā)極化參數(shù)值一般都有很小，而當反映含水層時，這些參數(shù)(ηs、J、D)往往相對背景值同時增大，增大倍數(shù)與水量大致成正比，因而進行激發(fā)極化法電測深時，綜合考慮這些參數(shù)隨極距變化，來判斷地下有無地下水及地下水富集情況。

2應用實例

地上水探測區(qū)位于陜西省漢中盆地東北部，地處秦嶺褶皺系南緣、康縣－略陽華力西褶皺帶內，地質條件簡單，屬內陸湖盆沉積及階地沖積層；出露地層主要為第四系中下更新統(tǒng)（Q1-2）為洪積及湖泊沉積層，有礫石層及粉砂土和砂質粘土。第四系全新統(tǒng)（Q14）為一級階地沖積層，主要為粉砂土夾礫石層。基底巖性為下石炭統(tǒng)略陽組中上部灰?guī)r（見圖1）。

探測區(qū)屬漢江三級階地，地下水的形成受本區(qū)地質、水文、構造及地貌等因素控制。調查區(qū)水文地質分區(qū)屬漢中盆地中等—弱富水的孔隙水區(qū)，根據(jù)地下水的賦存條件、補給、排泄形式及富水性，可劃分為2個小區(qū)，即弱富水孔隙水區(qū)和中等富水孔隙水區(qū)，中等富水孔隙水區(qū)主要分布在漢江的一級階地區(qū)，弱富水孔隙水區(qū)主要分布在漢江的二、三級階地區(qū)。

弱富水孔隙水區(qū)含水層巖性主要為泥質砂礫層，地下水補給主要來自大氣降水、水塘及北部山區(qū)地下水，向南排泄，地下水位3—15m，富水性差，單井出水量一般小于5m3/h。中等富水孔隙水區(qū)含水層巖性主要為卵石層及砂礫層，地下水潛水面約3—5m，地下水補給主要來自大氣降水及河水，向河流及下游排泄，富水性較好，單井出水量可達10—20m3/h。

圖1區(qū)域地質簡圖

本次地下水探測使用國產(chǎn)WDJD—3多功能數(shù)字激電儀，采用對稱四極等比電測深裝置,供電極AB與測量電極MN按5:1極距比同時移動動。 測量主要參數(shù):視電阻率(ρs)、視極化率(ηs)、衰減度（D）、極發(fā)極化比（J）。

本次共完成激電測深點共11個，這些點分布在01號激電測深剖面上，由北向南分別為：0101—0111，剖面長600m。

通過對本次激電測深數(shù)據(jù)分析整理，可以看出:

視電阻率(ρs)值變化范圍一般為 10—46Ω.m；ρs曲線較為平滑，曲線類型主要為KHA、KKA、HHA、KHH、QHA型；視極化率 (ηs)值變化范圍一般為0.2～4.6 ％，背景值約為1.4％。曲線局部不平滑，在地下水較富集區(qū)ηs較大；衰減度（D）值變化范圍一般為 0.1—0.8，背景值約為0.3，曲線平緩，在地下水較富集區(qū)局部有跳躍，但不明顯；極發(fā)比（J）值變化范圍一般為 0.1—1.8，背景值約為0.4，曲線平緩近似直線，變化不大，但在富水地段，J值較大。

對激電測深的視電阻率(ρs)，視極化率(ηs)、衰減度（D）、激發(fā)比（J）數(shù)據(jù)整理并分別繪成ρs、ηs、D、J等值線斷面圖（見插圖1）， 從斷面圖上可以看出：ρs斷面圖：電阻率沿垂直方向電阻率由淺至深逐漸變大，沿水平方向電阻率變化不大，在0102—0104區(qū)間，電阻率等值線呈低阻下凹，形成局部低阻半封閉異常圈；ηS、J斷面圖：在0102—0104這個區(qū)間，分別形成高極化封閉圈、高激發(fā)比封閉異常圈；衰減度D：在0102—0104區(qū)間沒有高衰減度封閉圈，而其它區(qū)間仍然有一些團塊狀、串珠狀的異常圈。

插圖101線電測綜合斷面圖

根據(jù)以上激電測深綜合解釋成果結合調查區(qū)的水文地質情況可以得知：調查區(qū)地層主要有第四系粘土層、砂質粘土層、砂礫層、卵石層、角礫層，基巖為石炭系灰?guī)r，其中粘土層、砂質粘土層為淺部不均勻含水層，主要為地表滯水，含水量較小；砂礫層、卵石層、角礫層為主要含水層，同時也是地下水運移的主要通道，含水量相對較大，同時基巖的起伏變化所形成的局部凹陷構造為地下水富集提供了有利空間（見插圖2）。

插圖2綜合解釋地質剖面圖

根據(jù)前面對激電測深工作范圍內平面及斷面激電異常綜合分析可知：地下水較富集區(qū)位于剖面北部，平面位置包括01線測深點0102—0104，地表以下3m—30m為地表滯水，水量較小；30m—160m為主要含水層，水量較大。

通過對調查區(qū)所有激電測深點成果分析對比，選取出涌水量較大的點位：0102、0103、0104作為建井井位，預計單井出水量在10m3/h以上，通過在0103號點位的鉆探，成孔后出水量達到16m3/h，達到預期效果。

3 結束語

1、激發(fā)極化法電測深在探測地下水中的實際應用可知：通過該方法對于查明探測區(qū)地下含水層激電特征、含水地層的厚度及地下水量等情況是非常有效的。

2、通過電阻率斷面圖可以看出地下含水層及其厚度的變化情況，極化率、衰減度、極發(fā)比等參數(shù)的斷面圖可以來判斷有無地下水及地下水是否豐富；結合探測區(qū)的水文地質資料，來綜合判斷地下水資源的分布規(guī)律，圈定地下水相對富集區(qū)段，分析有利于地下水富積的地層、地質構造及運移的通道，進而估算地下水資源富集量，作出以對探測區(qū)水資源狀況評價。

3、在水資源調查時，應采用四參數(shù)：視電阻率(ρs)，視極化率(ηs)、衰減度（D）、激發(fā)比（J）數(shù)據(jù)整理并分別繪成ρs、ηs、D、J等值線斷面圖來綜合判斷地下水富集情況，提高地下找水的準確度，為經(jīng)濟發(fā)展服務。