五極縱軸電測深法在青海茶卡盆地找水中的應用

何 勝，蔣厚輝，馬文鑫

1.青海省環境地質勘查局 青海省環境地質重點實驗室，青海 西寧 810008；2.青海省地質環境調查院 青海九零六工程勘察設計院，青海 西寧 810008；3.廣西壯族自治區二七一地質隊，廣西 桂林 541100

0 引言

茶卡盆地屬大陸性半干旱型氣候，北部青海南山地區由于受氣候和人類經濟活動的因素影響，高山雪線上移，蒸發量增大，冬春干旱，致使地下水資源量減少，嚴重阻礙了農牧區及工業經濟的發展。如何在該地區勘查出地下水以供農牧區灌溉、城鎮居民生活以及工業園區用水顯得十分必要。常規物探勘查地下水的方法較多，但都有分辨能力差，曲線解釋分析不直觀、周期長、野外工作經濟成本高等缺點，難以達到預期效果。經過嘗試實踐對比后認為：五極縱軸測深法不僅用于探測非層狀電性差異的地質體，在一定地電條件下，也可以應用于第四系似層狀有電性差異的地層，以查明有關水文地質條件，指導水文鉆孔布置，是一種行之有效的物探工作手段[1-5]。

1 工區地質概況

茶卡盆地屬新生代斷陷盆地。區域內地層出露齊全，除缺失白堊系外其余地層均有沉積。第四系主要含水層巖性為上、中更新統洪積、冰水洪積砂礫卵石、泥質砂礫卵石夾亞砂土、中細砂透鏡體，結構松散，透水性強，分布廣泛，是主要供水目的層。區內地下水主要接受溝谷潛流、北部、西部山區季節性洪水及基巖裂隙水的補給，補給條件較好，富水性均一，為富水-中等富水區。在山前平原中、后緣(漠河農場)地段為地下水的補給徑流區，第四系松散物表層上覆2～5 m亞砂土，水位埋藏一般較深(30～50 m)。

2 五極縱軸測深方法原理

五極縱軸電測深法的布極方法與對稱四極電測深法不同，如圖1所示，在地面以測深點Α極為原點設直角坐標系，供電電極位于原點Α，電流為+I。沿X軸在Α點兩側布置電流均為-1/2I的供電電極B1和B2，且令AB1=AB2=L，供電電極距L=(2-3)h(h為最大勘探深度)，測量電極距MN=(1/30-1/40)L。野外工作中測量電極M、N自A極開始沿X軸中垂線方向逐點等距離放線進行觀測，即得視電阻率ρs曲線，ρs=K·(ΔU/I),裝置系數K計算公式為[6-8]：

3 物性特征

充分研究分析區內地質、水文地質資料,在掌握了解前人在該區工作的物探參數前提下,統計劃分出第四系各巖性層之間的電阻率值。一般情況下，同為地下水賦存的地質環境不同，其地球物理特征差異較大。山前平原表層亞砂土ρs值為50～100 Ω·Μ，下覆巖性砂礫卵石ρs值為250～600 Ω·Μ(不含水)，砂礫卵石ρs值為250～350 Ω·Μ(含水)，泥質砂礫石ρs為150～250 Ω·Μ(含水)。可見松散物由于受巖性顆粒、泥砂質含量、含水量等因素的制約影響，各巖性層之間電性差異仍較明顯，這種電性差異為劃分巖性界面、水位埋深及相對較薄的地層(厚度)、位置等提供了良好的地球物理前提條件。

圖1 五極縱軸測深電極裝置圖

4 測深資料解釋方法

對五極縱軸電測深曲線的解釋比較容易和直觀，曲線折變點反映了地下巖性電性變化點。曲線解釋過程中，首先確定曲線上的折變點，求取各折變段的ρs平均值，并對曲線折變點(段)賦于對應地層巖性[8]，綜合判定異常范圍(厚度)，再對測深點資料進行對比、分析，尋找出富水構造或巖性引起的物探異常。因此，解釋工作前必須了解工區的區域地質特征，對測深點下不同地質的電阻率變化范圍大體上有一定認識，對可能出現的各種異常特征要有一個相對明確的初步估計和判斷。結合地形地貌及水文地質條件，正確認識各巖層電性差異特征概念(概況)，是縱軸電測深資料解釋工作的重要環節[1-2]。

5 五極縱軸測深結果

5.1 五極縱軸測深實測效果

在水文地質調查勘探中，所投入的鉆探工作量是有限的，一般情況下，一條勘探剖面只有1～2個鉆孔，是難以控制地層變化規律的，加用縱軸測深可以獲得較滿意的結果。現已茶卡盆地五極縱軸測深2線為例，來說明該方法找水的有效性和可靠性。2線位于茶卡盆地哈爾郭勒，剖面長600 m，布設7個測深點，點距100 m，視電阻率測深曲線見圖2，由圖2可知，只有1號和13號測點深部視電阻率曲線上翹，結合周邊基巖出露情況，推斷為花崗巖地層之反映。

圖2 2線五極縱軸測深視電阻率曲線圖

圖3 2線五極縱軸測深綜合成果圖

2線五極縱軸測深綜合成果圖如圖3所示，由其視電阻率斷面圖可知，該剖面第四系厚度中間厚，兩邊薄，且自上而下分布亞砂土、砂礫卵石、泥質砂礫卵石層狀明顯，分層清晰。主要含水層為砂礫卵石、泥質砂礫卵石層，故推薦孔位在含水層最厚的2線9號點位置。

5.2 五極縱軸測深與鉆探結果比較

圖4 TK1孔五極縱軸測深與鉆探成果對比圖

圖4是茶卡盆地TK1號孔縱軸電測深曲線。在4～30 m深度范圍內，曲線特征為視電阻率ρs值明顯偏高(高阻值特征)，是顆粒較粗、孔隙較大以砂礫卵石層為主的電性反映，尤其在30 m處深度曲線ρs最大值特征十分明顯，呈高值尖峰狀(ρs值為600 Ω·Μ)，向下依次ρs值漸緩偏低，接觸界面反映特別清晰、直觀，高低峰值由淺到深漸變明顯，判斷是地下水位埋深變化點(折變處)，推測水位埋深約30 m，鉆探成井后靜止水位32 m，說明利用ρs曲線折變點大致判斷水位線比較準確、可靠，誤差值較小。深度48～51 m對應中阻值尖峰狀ρs曲線為薄層含泥砂礫石層的電性反映，51～92 m段曲線呈現鋸齒狀跳躍變化，盡管電阻率值有所跳動(躍變)，但幅值不大，較穩定，推測是大厚度的次高阻粗粒泥質砂礫卵石含水層，92～100.5 m段相對低阻值電阻率75 Ω·Μ左右尖峰狀ρs曲線代表間夾一定厚度(約8 m)的亞砂土隔水層，深度100.5 m以下電阻率在200 Ω·Μ左右ρs中阻值曲線異常特征反映為泥質砂礫石弱含水層。鉆探取芯結果表明：32～92 m段是地下水較富集的有利地段(該井涌水量達1 250 m3/d)，與縱軸測深曲線折變點解釋電阻率參數值巖性對應(深度)厚度變化范圍基本一致，與實際水文地質條件也比較吻合，充分說明縱軸測深具有較高的垂直分辨地質目標體的能力，對選擇井位(不打干孔)、鉆探施工具有積極的前期指導作用。

6 結論

(1)通過五極縱軸測深法，在工區確定了巖性分布和含水層埋深位置，后經過鉆探驗證，與成果相吻合，說明該方法在第四系似層狀地層找水中是合理有效的。

(2)在一定地電條件下，對似層狀地質體仍具有分辨能力強，曲線直觀，解釋簡單等優點。應用五極縱軸電測深能否取得滿意的效果，關鍵在于勘探深度、布極和測量電極距MN的選擇，當MN>4 m,勘探深度超過100 m時,其分辨能力較低,效果不佳。

(3)五極縱軸測深在50 m以內能發現、探測(探明)到較薄(小于1 m)的地層或較小的地質體，同時在劃分巖性、提供水文地質柱狀資料，特別是在鉆探前能提供地下水位，為電阻率測井提供參數方面，具有非常重要的指導意義。

(4)五極縱軸測深為電法類方法中的“鉆探”，但由于在測量過程中測量電極MN沿地表移動，地表淺部介質橫向變化會嚴重影響測量結果，因此，其測點應盡可能地布置在地形平坦、地表土質均勻地段。進而要求施工前必須了解掌握好工區內區域地質、水文地質條件及地形地貌特征，從而提高其方法效果，擴大其應用范圍。