電阻率測(cè)深法在固陽(yáng)北—白云鄂博“紅層”覆蓋區(qū)找水中的應(yīng)用

樊永剛 張治國(guó) 賈大為 段志勇

摘要：固陽(yáng)北-白云鄂博屬內(nèi)蒙古中北部干旱地區(qū)，部分第三系“紅層”覆蓋區(qū)地下水資源極度貧乏，人畜飲水極為困難。本文運(yùn)用常規(guī)電阻率測(cè)深法，在結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)特征和電性參數(shù)特征的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)電阻率測(cè)深曲線的定性、定量精細(xì)解釋，對(duì)含水層的埋深、厚度及其富水性等進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。實(shí)踐證明，可以取得顯著的找水效果。

關(guān)鍵詞：水資源貧乏；電阻率測(cè)深；含水層

前言

電阻率測(cè)深法作為一種成熟的傳統(tǒng)水文物探找水方法，在內(nèi)蒙古的許多地區(qū)得到了非常好的應(yīng)用。但鑒于方法本身存在“多解性”的局限，往往容易在水文地質(zhì)條件復(fù)雜且較差的地區(qū)，尤其是第三系“紅層”覆蓋區(qū)出現(xiàn)誤判。筆者于2012年～2013年在固陽(yáng)北—白云鄂博“紅層”覆蓋嚴(yán)重缺水地區(qū)進(jìn)行的電阻率測(cè)深工作，在詳細(xì)研究區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)特征和電性參數(shù)特征的基礎(chǔ)上，對(duì)電阻率測(cè)深曲線進(jìn)行了精細(xì)的定性、定量綜合解釋，劃分出了相對(duì)富水層位、區(qū)段，經(jīng)鉆探驗(yàn)證取得了較為顯著的找水效果，成果為實(shí)現(xiàn)固陽(yáng)北—白云鄂博嚴(yán)重缺水區(qū)的找水突破提供了有益的借鑒。

1.研究區(qū)概況

固陽(yáng)—白云鄂博行政區(qū)劃屬包頭市，地處蒙古高原南部。區(qū)內(nèi)降水量小，蒸發(fā)量大，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，地下水資源也非常貧乏，且分布極不均勻。尤其近年來(lái)地下水水位呈逐年下降趨勢(shì)，使得“紅層”覆蓋區(qū)，即第三系寶格達(dá)烏拉組紫紅色泥巖大面積覆蓋區(qū)（固陽(yáng)縣北部及白云鄂博礦區(qū)周邊），每到六七月份干旱時(shí)節(jié)，部分村、鎮(zhèn)的群眾連最起碼的人畜飲用水都難以為繼，不僅嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民的生活質(zhì)量，也嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)卣慕?jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)戰(zhàn)略。雖然，近幾年當(dāng)?shù)卣嚓P(guān)部門或農(nóng)牧民也在區(qū)內(nèi)施工了不少水文鉆探孔，但多不理想。

2.區(qū)域水文地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件主要受氣象、水文、地貌、巖性、地質(zhì)構(gòu)造及古地理環(huán)境等因素的影響和控制，第四系松散巖類孔隙水主要分布在局地的溝谷中，其富水性與含水層的巖性、厚度等密切相關(guān)，含水層顆粒越粗、厚度越大，富水性越好；碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在西河盆地、固陽(yáng)盆地中，含水層巖性為第三系、白堊系下統(tǒng)的砂巖和砂礫巖；基巖裂隙水主要分布在基巖出露區(qū)，其含水層富水性受地質(zhì)構(gòu)造、巖性及節(jié)理、裂隙發(fā)育程度影響，富水性差異較大。

固陽(yáng)北一白云鄂博“紅層”覆蓋嚴(yán)重缺水區(qū)地表多為第三系寶格達(dá)烏拉組紫紅色泥巖大面積分布區(qū)，層厚幾十米至上百米不等，下伏地層以白堊系下統(tǒng)固陽(yáng)組砂巖、砂礫巖和中上元古界白云鄂博群為主，總體富水性較差。

3.地球物理特征

區(qū)內(nèi)各主要地層或巖性的電性參數(shù)特征見表1。由表中數(shù)據(jù)可知，區(qū)內(nèi)隔水層（非含水層或微含水層）和含水層（或弱含水層）之間的電阻率存在較為明顯的物性差異，通過(guò)解釋推斷電阻率測(cè)深曲線可以劃分出含水層在垂直斷面上的分布范圍、深度、厚度及其相對(duì)富水程度。

4.電阻率測(cè)深工作方法

所用工作方法為常規(guī)垂向電阻率測(cè)深法。觀測(cè)參數(shù)為視電阻率ρ_s。工作以剖面為主，剖面方向主要垂直主構(gòu)造線走向或溝谷走向布置。最大供電極距AB/2=750m。基本點(diǎn)距100m或250m。

對(duì)測(cè)深曲線進(jìn)行定性、定量綜合解釋，解釋結(jié)果為各電性層的真電阻率、厚度，并對(duì)其巖性及其相對(duì)富水性做出判斷。

5.百靈淖鄉(xiāng)公中渠村找水實(shí)例

5.1地質(zhì)特征

公中渠村地處固陽(yáng)盆地北緣，位于百靈淖鄉(xiāng)西南方向約7kin處。地表多為第四系含砂礫壤土層、第三系紅色泥巖所覆蓋，厚度不詳，下伏地層不詳。

5.2電阻率測(cè)深曲線特征

公中渠剖面上各點(diǎn)測(cè)深曲線多為HKH型，可大體分為五個(gè)電性層，且ρ1>ρ2<ρ3>ρ4<ρ5。

以265點(diǎn)為例（圖1）采用MOSCOW STATE UNIVER-SITY，GEOLOGICAL FACULTY，DEPT.OF GEOPHYSICS（莫斯科國(guó)立大學(xué)地質(zhì)學(xué)院地球物理系）開發(fā)的IPl2win軟件對(duì)其進(jìn)行了定量解釋，并結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)、水文物探電性參數(shù)特征精細(xì)解釋如下：第一層ρ1=15Ω·m，為第四系含砂礫壤土層的反映；第二層ρ2=100·m，為泥巖的反映；第三層ρ3=14.7Ω·m，為泥巖夾薄層砂巖的反映；第四層ρ4=9.7Ω·m，為砂巖與泥巖互層的反映；第五層ρ5=7.3Ω·m，主要為泥巖的反映；第六層ρ6=154Ω·m，為太古界或元古界地層的反映。由圖1中曲線可以看出，其中的第四電性層如不仔細(xì)分析、研究、進(jìn)行精細(xì)解釋，很容易與第五電性層混為一體，并單獨(dú)劃分開來(lái)。

5.3綜合斷面圖特征

從其視電阻率斷面圖（圖2）上可以看出，AB/2在3m～25m范圍內(nèi)，視電阻率變化較大，其等值線出現(xiàn)了幾個(gè)相對(duì)高值區(qū)、低值區(qū)，說(shuō)明淺地表層的電性差異較大，成分差異亦較大；AB/2在25m～500m范圍內(nèi)，視電阻率變化相對(duì)較小，多在10Ω·m～14Ω·m之間，等值線較稀疏，總體上具有“略高-略低-略高”的電性特征，且相對(duì)低值均出現(xiàn)在（即11Ω·m等值線）AB/2為150m及以下，說(shuō)明由上到下其巖性應(yīng)有一定的細(xì)微差異；最下部的視電阻率值均大于14Ω·m，且14Ω·m等值線較為平緩，表明深部的巖性、基底起伏變化不會(huì)太大。

在對(duì)部分淺層的、厚度較小的、電阻率或高或低的局部夾層進(jìn)行合并處理（主要是對(duì)淺地表電性層進(jìn)行了合并處理）后，該剖面在-350m以淺總體上可以劃分為四個(gè)較為穩(wěn)定的電性層，且ρ1<ρ2>ρ3<ρ4。

從地電斷面圖上看，電阻率在10Ω·m～65Ω·m的淺地表電性層厚度總體不大，一般多在7m以下，局部略大一些，是第四系含砂礫壤土層的反映。第二電性層電阻率多在11Ω·m～30Ω·m，厚度一般在30m～120m，推測(cè)是泥巖夾薄層砂巖（局部含礫）的反映，弱含水，其厚度在490點(diǎn)、440點(diǎn)、335點(diǎn)、285點(diǎn)附近較大。第三電性層電阻率小于10Ω·m，多在7Ω·m～9.5Ω·m，厚度一般在220m～350m，是以泥巖為主、局部地段夾薄層砂巖的反映，不或弱含水，推測(cè)其局部地段巖性、厚度、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等存在一定差異。最底部的高阻層，電阻率值大于150Ω·m，推測(cè)反映的是太古界或元古界地層，不含水。值得注意的是，在265點(diǎn)附近的第二、第三電性層之間存在一電阻率介于其二者之間的電性層，電阻率在9.7Ω·m左右，厚度在50m左右，推測(cè)是砂巖與泥巖互層的反映，弱含水。

5.4鉆探驗(yàn)證

對(duì)比該剖面各點(diǎn)的定性、定量解釋結(jié)果可以看出：265點(diǎn)附近泥巖夾薄層砂巖（局部含礫）、砂巖與泥巖互層的總厚度應(yīng)在104m左右，相對(duì)較大，且連續(xù)性較好。故建議在265點(diǎn)附近施以110m深的驗(yàn)證孔。綜合考慮水文地質(zhì)條件后在265點(diǎn)上施以了BK02水文地質(zhì)鉆孔，孔深113.3m。從其鉆孔綜合圖上可以看出：0m～-1m為第四系含砂礫壤土層，-1m—-51.0m為泥巖夾薄層砂巖（局部含礫），-51.0m～-96.8m為砂巖與泥巖互層，-96.8m～-113.3m為泥巖。砂巖總體上為一套含水或弱含水地層，泥巖為隔水層，不含水。各層厚度與精細(xì)定量解釋結(jié)果基本相近。涌水量達(dá)312m³/d，礦化度為0.72g/L。

6.白云鄂博區(qū)南部找水實(shí)例

6.1地質(zhì)特征

白云鄂博區(qū)南部地表多為第四系含砂礫壤土層、第三系紅色泥巖所覆蓋，厚度不詳，下伏地層不詳（水文物探剖面位于白云鄂博區(qū)南3kin處）。

6.2電阻率測(cè)深曲線特征

白云鄂博區(qū)南剖面上各點(diǎn)測(cè)深曲線多較復(fù)雜，但在對(duì)部分較薄的局部夾層進(jìn)行合并處理后，可大體分為三個(gè)電性層，且ρ1>ρ2<ρ3。

6.3綜合斷面圖特征

從其視電阻率斷面圖（圖3）上可以看出，AB/2在3m～25m范圍內(nèi)，視電阻率變化較大，其等值線出現(xiàn)了幾個(gè)相對(duì)高值區(qū)、低值區(qū)，表明淺地表層的成分變化較大；AB/2在25m～220m范圍內(nèi)，視電阻率變化不大，多在15Ω·m～20Ω·m之間，等值線稀疏，表明其巖性應(yīng)有一定的細(xì)微差異；最底部的視電阻率值均大于35Ω·m，且35Ω·m等值線較為平緩，表明深部之基底起伏變化不大。

從地電斷面圖上看，電阻率在5Ω·m～200Ω·m之間的淺地表電性層厚度不大，一般均小于10m，是第四系含砂礫壤土層的反映。第二電性層電阻率在13Ω·m～30Ω·m之間，厚度一般在110m～190m之間，是砂巖（局部含礫）與泥巖互層的反映，弱含水，且當(dāng)其阻值相對(duì)較高時(shí)，說(shuō)明砂巖（局部含礫）相對(duì)較厚，泥巖相對(duì)較薄，其含水性更好。第三電性層的電阻率值大于200Ω·m，反映的是較為完整的元古界地層，不含水。另外，在500點(diǎn)～520點(diǎn)之間的淺地表還存在一電阻率小于10Ω·m的厚度小于8m的電性層，推測(cè)其為單一泥巖層的反映，不含水。

6.4鉆探驗(yàn)證

對(duì)比該剖面各點(diǎn)的定性、定量解釋結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：530點(diǎn)附近第二電性層的厚度相對(duì)較大，電阻率值相對(duì)較高。故建議在530點(diǎn)附近施以170m深的驗(yàn)證孔。綜合考慮水文地質(zhì)條件后在530點(diǎn)上施以了BK03水文地質(zhì)鉆孔。從其鉆孔綜合圖上可以看出：0～-0.4m為第四系含砂礫壤土層，-0.4m～-168m為砂巖（局部含礫）與泥巖互層，-168m以下為元古界地層。各類砂巖總體上為一套含水、弱含水地層，泥巖為隔水層，不含水。各層厚度與定量解釋（定量解釋基底埋深167m）結(jié)果基本相近。涌水量達(dá)295mTd，礦化度為1.04g/L。

結(jié)束語(yǔ)

2012年～2013年在固陽(yáng)北一白云鄂博“紅層”覆蓋嚴(yán)重缺水區(qū)進(jìn)行的水文物探工作總體上來(lái)說(shuō)是成功的，施工的2個(gè)驗(yàn)證孔均取得了較好的找水效果，受到了當(dāng)?shù)厝罕姾驼囊恢潞迷u(píng)。筆者認(rèn)為在對(duì)電阻率測(cè)深曲線進(jìn)行精細(xì)解釋時(shí)，把水文地質(zhì)、電性參數(shù)特征有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，就能夠更好地發(fā)揮常規(guī)電阻率測(cè)深這一傳統(tǒng)水文物探方法的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)嚴(yán)重缺水區(qū)的找水突破。