高密度電阻率法在山東泰安地區抗旱打井工程中的應用

孟慶魯，劉彥，趙法強，胡安順

(1.山東省第五地質礦產勘查院，山東泰安 271021;2.山東省物化探勘查院，山東濟南 250013)

2010年8月至2011年2月，山東省境內連續半年時間無灌溉有效降雨，出現百年一遇的特大干旱，農業生產及居民生活用水面臨極大困難，大片農田莊稼枯萎甚至絕產。山東省第五地質礦產勘查院積極響應上級部門工作安排，組織扎實力量在泰安地區響應開展抗旱打井工作。在實際工作中，為提高打井成井率，采用物探先行，以高密度電阻率法為先導，配合選用多種物探方法，針對泰安不同地區的水文地質特點，合理解譯異常和快速高效確定找水有利部位，成功驗證井位50余口，均水量理想，成井率為100%，取得了泰安地區抗旱打井工程的重大成功，也在利用高密度電阻率等物探方法實現地質找水方面積累和總結了眾多經驗及成果。

1 區域地質

工作區主要位于山東省泰安市及周邊地區，地層區劃屬華東地層區魯西地層分區。區內地層分布較廣:早古生代寒武紀-奧陶紀地層，呈條塊狀分布于區內;新太古代泰山巖群在東部山區出露較多;石炭系、二疊系和侏羅系、白堊系幾乎無出露;古近紀地層有零星的露頭。工作區北部地區侵入巖較發育，其中以新太古代、元古宙侵入巖最為發育。

工作區水文地質可分為松散類孔隙水區、變質巖巖漿巖裂隙水區和碳酸鹽巖裂隙巖溶水區3個水文地質單元［1］。

2 成井模型及工作實例

2.1 工作原理及方法選擇

電阻率法是以地殼中巖石和礦石的導電性差異為物理基礎，通過觀測和研究人工建立的地中電流場的分布規律進行找礦和解決地質問題的一種物探方法［2］。在找水過程中，巖石的電阻率與巖石的礦物成分、結構、孔隙度、含水量及地下水的礦化度有關，通過測量巖石的電阻率值分析推斷地質體的水文地質特征，從而解決有關地質問題［3］。

不同地區的地質水文條件決定不同物探方法在該地區的有效性。在抗旱工程中，以高密度電阻率法為基礎，與聯合剖面、傳統測深等多種物探方法相結合開展工作，不僅提高了定井效率，也保證了定井成功率。

2.2 松散巖類孔隙水區成井原理及找水實例

該類型水文地質單元主要位于工作區南部，以泰安市岱岳區道朗鎮南和滿莊汶口等地為例。該區地勢平坦，第四系覆蓋較厚，下伏古近系，以地表水為主要水源，其成井模型見圖1。

圖1 松散巖類孔隙水成井模型

泰安市滿莊鎮姜家園村位于泰安市岱岳區南，位于大汶口盆地范圍內。工作區內全部被第四系覆蓋，覆蓋層很厚，為全新世黃褐色粉質粘土，夾細中砂。下伏古近系為棕紅色泥巖、頁巖及含礫砂巖等。

根據場地的具體范圍，經過實地踏勘確定測線位置。在姜家園村東北約1 km布置高密度剖面1條，東西向布設，控制長度600 m。經過數據采集、處理得到該位置高密度測深斷面圖。

圖2 泰安市滿莊鎮姜家園村高密度測深ρa斷面圖

由圖2可見，該剖面地下視電阻率ρa數值具有一定成層性規律，但不是很明顯，尤其是淺部，視電阻率數值變化較大，ρa一般在30～80Ω·m。經過現場踏勘和地質資料收集，該處地表第四系覆蓋厚度達30 m，下伏為古近系，含水性較差。在該處只能尋找古河道或湖泊沉積沙層作為地下水富水層。沙層與粘性土壤相比孔隙度高，導電性差。推斷高阻區為古河道區，沙層高阻表現明顯，表現在剖面控制范圍300～480 m處。經過對比選擇含沙較厚的位置作為井位位置，設計井位位于剖面420 m處，井孔設計為大口徑，井深50 m。成井驗證效果與推斷成果相一致，涌水量可達5 m3/h，達到成井要求。

2.3 變質巖巖漿巖裂隙水區及找水實例

該類型水是泰安市岱岳區主要類型水源，岱岳區北部侵入巖發育，大范圍內NW向斷裂發育，局部地區存在不同規模小型構造和裂隙，為當地尋找地下水源提供了水文地質基礎［4］，其成井模型見圖3。

圖3 變質巖巖漿巖裂隙水成井模型

泰安市焦北村，位于岱岳區祝陽鎮西北。該村附近巖漿巖分布主要為蒙山超單元望府山單元英云閃長巖、傲徠山超單元松山單元二長花崗巖等。工作區范圍無大型構造，局部存在較小NW向斷裂，推斷為富水有利位置。經過實地踏勘，該處巖石節理發育為NWW向，推斷該處裂隙發育方向與節理方向相同，應垂直節理方向布設測線。最終選擇在焦北村北布置高密度剖面1條，測線方向近南北向，測線控制長度600 m。

圖4 泰安市祝陽鎮焦北村高密度測深ρa斷面圖

由圖4可見，測線控制范圍兩端視電阻率成層性較好，整體上隨著深度的增加視電阻率值逐漸增大，反映地層相應的變化。在剖面250～340 m處存在一明顯漏斗狀低阻異常區，異常形態較明顯，隨著深度的增加向S傾，傾角較大。推斷為斷裂構造引起局部破碎造成富水性增強，具有較好成井條件。南端140～160 m處存在一較好漏斗狀低阻異常區，與測線中部異常相比較，該處異常深度淺，范圍小，推斷其具有一定富水性。兩者相較，中部異常橫向范圍廣、深度大，成井效果更好，確定井位在剖面控制300 m處，井深設計150 m。經驗證該處成井效果良好，水量達10 m3/h。

2.4 碳酸鹽巖裂隙巖溶水區及找水實例

泰安西部地區灰巖分布，從道朗鎮西部經過肥城市至東平縣，主要為寒武系。在該范圍內，部分地區巖溶發育，下伏張夏組和饅頭組底部部分灰巖水量大，水質好，出露的水量則很小［5］。在尋找該類地下水源時，不同地層的埋藏情況和地層產狀起到決定性的作用。其成井模型見圖5。

圖5 巖溶水成井模型

泰安市二起樓村位于岱岳區道朗鎮西南。自建國以來，該村已經連續打了多眼井沒有出水，最深的已經打到約300 m亦未見水。該處出露地層主要有晚寒武紀鳳山期炒米店組、崮山組，部分地區出露鳳山組，少數地方第四系覆蓋層。從地層上看，該區具有一定成井地理條件，但因其地勢較高，為分水嶺地形，無較好的儲水條件，成井難度很大。經過實地踏勘和水文地質分析研究，只有在該處選擇尋找具有一定規模的斷裂構造作為運水及儲水通道。

根據場地的具體范圍，在二起樓村西部和南部共布置高密度剖面2條。1測線方向近EW向，測線控制長度600 m，該線同時進行聯合剖面及高密度測深勘查。2測線在村南，以1線所得物探成果為基礎，選在推斷斷裂帶位置垂直其布設，主要目的是查明斷裂帶走向、傾向及其具體位置。

在1線320～380 m范圍內存在一正交點異常區，隨著深度的增加，正交點逐漸向北西移動，異常整體傾向45°，傾角約60°，推斷可能為規模較小斷裂或裂隙引起的低阻異常(圖6)。

圖6 泰安市道朗鎮二起樓村聯合剖面測量曲線圖

測線控制范圍整體電阻率成層性較差，隨著深度的增加視電阻率值逐漸增大反映地層相應的變化，在剖面橫向210～510 m處存在明顯高低阻梯度帶，異常形態較明顯，北部視電阻率低，南部視電阻率高，隨著深度的增加向NW傾，傾角較大，與聯合剖面曲線相吻合。推斷為斷裂構造賦水所引起，此區段具有較好成井條件(圖7)。

圖7 泰安市道朗鎮二起樓村1線高密度測深ρa斷面圖

圖8 泰安市道朗鎮二起樓村2線高密度測深斷面圖

為驗證1線高低阻梯度帶異常，并最終確定其位置，以1線異常為研究對象，選取有利地形近垂直該線布設2線，控制長度600 m。由圖8看出，在該線200～260 m處存在明顯低阻異常帶，實地踏勘對應1線異常位置。推斷為該位置斷裂帶造成富水增強引起，具有較好的成井地質條件。

最終井位選在2條剖面異常交會處，成井結果較好，解決了當地群眾的基本用水問題。

3 結論

以此次工作為基礎，進一步實踐和提升了高密度電阻率法在地質找水工作中的有效性研究，具體是針對不同的水文地質條件，對高密度電阻率異常的分析研究和提出驗證井位有所不同。

(1)如泰安市滿莊鎮姜家園村所在的松散巖類空隙水區，一般以尋找古河道或湖泊沉積沙層作為地下富水層，而這些區段一般在高密度電阻率異常中多表現為高阻異常，因此在類似情況下選擇有一定厚度的高阻異常區確定找水驗證井位較為合理，見水較好。

(2)如泰安市焦北村等所在的變質巖巖漿巖裂隙水區，應以尋找構造和裂隙充水為目標，這些區段一般在高密度電阻率異常中多表現為漏斗狀或具有一定傾向的線性低阻異常，針對這些區段確定布設找水驗證井位較為有利。

(3)碳酸鹽巖裂隙巖溶水區地下水成井條件由地層分布情況和地勢條件等綜合原因決定，定井難度相對較大，在前期踏勘和收集資料的基礎上更需要多種物探方法結合，才能增加定井成功率。但在這些地區總體應以尋找與高密度電阻率低阻異常相對映的巖溶或構造裂隙富水區為主。

［1］肖長來，梁秀娟.王彪.水文地質學［M］.北京:地質出版社，2010.

［2］陳仲候，王興泰，杜世漢.工程與環境物探教程［M］.北京:地質出版社，1993:226 －242.

［3］李金銘.地電場與電法勘探［M］.北京:地質出版社，2005:208－211.

［4］蔣輝.專門水文地質學［M］.北京:地質出版社，2007:37－44.

［5］韓祥銀.濟南張夏組灰巖巖溶地下水供水潛力探討［J］.山東國土資源，2008，24(12):24 －26.