貧水山區的綜合物探法找水研究

張贊萍，狄紅偉

(河南省地質礦產勘查開發局第四地質礦產調查院，河南 鄭州 451464)

目前，用于找水的綜合物探法越來越多樣化，同時，各個貧水山區地質條件存在一定的差異，如果僅僅采用單一的物探法，很難全面認識地質內部構造，不利于地下水資源的偵查，因此，為了彌補單一物探法的局限性，實現不同物探法的優化組合，如何將綜合物探法科學應用于貧水山區找水領域中，是相關人員必須思考和解決的問題。

1 水文地質及地球物理特征

1.1 水文地質條件

測區總體地勢呈現出中間低、四周高特征，地形高程通常在285～460 m之間，因此，該地形屬于構造地帶，具有一定的侵蝕性和剝蝕性。在地表分水嶺附近，水體逐漸向北東方向流去，水體總體匯集量達到了5.5 L/s。工作區附近的水系沒有出現發育現象，僅僅經過季節性小溪，沒有其他地表河流。測區地層包含兩種疊系，一種是三疊系，另一種是二疊系，其中，三疊系主要以大冶組灰巖為主，二疊系主要包含大隆組硅質巖、龍潭組砂頁巖和孤峰組硅質巖，其中，龍潭組砂頁巖大面積暴露在各個工作區的中部，與孤峰組硅質巖之間存在一定的斷層接觸關系，同時，孤峰組硅質巖具有產狀變化量大、裂縫水資源含量少等特征，因此，該巖石屬于隔水層；棲霞組灰巖分布的地區主要以工區南部為主，與孤峰組硅質巖相接觸，因此，該灰巖屬于含水層，整體傾角在6°～22°之間，另外，在工區中部地帶，含有大量的灰巖，其埋藏深度存在一定的差異性。此外，水文地質在內部構造方面，除了含有西北角斜層外，還含有斷裂層，為后期更好地控制和調整巖石的傾角，實現對相應斷層的科學控制打下堅實的基礎。

1.2 地球物理特征

測區不同巖石電阻率如表1所示，從表中的數據可以看出，該巖石電阻率的電性特征為：棲霞組灰巖和馬坪組白云質灰巖均屬于高阻，這兩種類型的灰巖平均電阻率均達到了2 000Ω·m以上；大冶組灰巖和孤峰組硅質巖均屬于中高阻[1]，其平均電阻通常在1 000～1 500 Ω·m；大隆組硅質巖屬于中低阻，其平均電阻率達到了540 Ω·m；龍潭組砂頁巖屬于低阻，其平均電阻率在100 Ω·m以下，由此可見，地層巖石不同，其表現的電性也存在一定的差異，這為后期更好地偵探地球物理特性打下堅實的基礎。經過綜合分析后，發現本次綜合物探工作在開展的過程中，要以使用孤峰組硅質巖和棲霞組灰巖為主[2]，通過綜合運用高密度電阻率法、激電測深法和音頻大地電磁測深法，以達到快速尋找地下碎帶和巖溶發育帶的目的，為后期順利找出和使用地下水資源，提高地下水資源的利用率發揮出重要作用。

表1 測區不同巖石電阻率

2 工作技術方法

測線數量達到了三條，垂直地層主要借助賦水構造優勢，按照特定的順序，依次穿過以下三種地層，分別是6號線的龍潭組地層、8號線的孤峰組地層和10號線的棲霞組地層。各條測線之間的間距為200 m，同時還要將點距和方位角分別設置為15 m和132°。首先，在綜合考慮地下裂縫發育程度、地表分布特征的基礎上，通過充分利用數控技術，實現對高密度電阻率測量系統的開發和應用[3]，同時，還要利用施倫貝爾裝置，采用高密度電阻率法，完成相應的測量。其次，還要利用二維反演程序，采用最小二乘法，對其進行反演處理，此外，為了進一步提高反演處理效率和效果，還要采用反復迭代法[4]，盡可能縮小約束均方誤差，以達到有效控制電阻測量結果的精確性和真實性，以保證最終的測量結果符合相關標準和要求，只有這樣，才能形成系統、完善的反演電阻率斷面體系。另外，為了充分發揮和利用綜合物探法的應用優勢[5]，相關人員還要在保證高密度電阻率測量結果準確的基礎上，將激電測深法應用于貧水山區找水領域中，并將點距和供電極距分別設置為30 m和500 m，同時，還要將觀測時間和供電周期分別設置為200 ms和16 s，以達到充分利用相關參數，解決低阻異常問題，為后期開展測量結果定性分析工作提供重要的依據和參考。在此基礎上，還要將水文地質工作落實到位，嚴格按照由表及里、循序漸進的順序，充分利用音頻大地電磁測深法，完成對中深部空間的科學化、規范化測量，這樣一來，不僅有效地驗證了淺部異常特征的可靠性和穩定性，還有效地彌補了常規電法的局限性，為提高深度測量結果的真實性和全面性發揮出重要作用。另外，相關人員還要使用工作儀器，將成像觀測系統的觀測模式設置為標量模式，同時，還要將點距、電偶極距和測頻段分別設置為30 m、32 m和100 000 HZ，最后，還要使用Procsamt軟件，實現對相關文件信息的收集和整理，為后期更好地剔除和簡化個別突變數據打下堅實的基礎。同時，為了充分發揮和利用中值濾波法的應用優勢，相關人員還要采用靜態位移法，對二維帶地形進行反演處理，為后期解決貧水山區居民飲水問題，提高地下水資源的利用率產生積極的影響。

3 成果解釋

3.1 高密度電阻率法

工作區3條測線的高密度電阻率法二維反演斷面如圖1所示，從圖中可以看出，6號線的龍潭組地層、8號線的孤峰組地層和10號線的棲霞組地層的平均電阻率低于100 Ω·m，低阻巖石具有電阻率變化穩定特征，通過綜合考慮地表特征以及各個巖石電性特征，可以精準地推斷和判定龍潭組頁巖內部結構，為后期更好地尋找和使用地下水資源創造良好的條件。另外，位于東南段的巖石平均電阻率普遍較高，這是由于上覆孤峰組和棲霞組灰巖之間發生了一系列的綜合反應。另外，三條測線的地下深埋深度在20～60 m之間[6]，表現出了一定的低阻異常問題，異常阻值小于200 Ω·m，同時，在平面位置處，三條測線呈現出的分布形狀為帶狀，并在兩側高阻之間的浮動。另外，當出現電阻異常值時，相關人員要使用孤峰組硅質巖，將水平投影距離設置為100 m，從而有效地解決地表斷裂問題，同時，還要將三條測線的整體曲度設置為77°，傾斜方向設置為北面，傾角設置為82°。

圖1 工作區3條測線的高密度電阻率法二維反演斷面

3.2 激電測深法

在使用激電測深法的過程中，為了找出地下水資源，相關人員要在綜合考慮高密度電阻率法測量結果的基礎上，選出10號線棲霞組地層測段，測段長度達到了375～645 m，工作區10線激電測深視電阻率(上)、視極化率(下)斷面如圖2所示。從圖中可以看出，低阻分布特征滿足高密度電阻測量相關標準和要求，同時，還要根據電阻率差異變化特征，科學控制和調整高極化閉合特征，確保異常呈現出帶狀分布特征，并在615 m位置處，科學調整背景值，確保正整體顏色的鮮明性。由此可見，導致高極化異常問題出現的原因是巖溶裂縫和擴物質填充。由此可見，激電測深法具有非常高的有效性和可靠性，通過利用該方法，。不僅有利于快速地尋找地下水資源，滿足貧水山區居民飲水需求，還能實現高地下水資源的循環利用，為解決貧水山區水資源短缺問題提供了重要的技術手段，因此，關于這一方法的運用一定要引起相關人員的關注和重視。

圖2 工作區10線激電測深視電阻率(上)、視極化率(下)斷面

3.3 音頻大地電磁測深法

通過采用音頻大地電磁測深法所獲得的測量結果如圖3所示，從圖3中可以看出，在海拔為470～530 m的測段中，出現高阻閉合現象，出現這一現象的原因是孤峰組硅質巖，另外，在生馬坪組白云灰巖的不良影響下，剖面南部呈現出大面積高阻現象，但是，在海拔為375～678 m之間，出現大面積低阻現象，同時，在斷層結構附近位置，兩側裂縫出現較為明顯的發育現象，為后期更好地尋找地下水資源創造良好的條件。另外，在音頻大地電磁測深法的應用背景下，相關人員還要綜合考慮貧水山區地表地貌特征，確保地下水資源開采的效率和效果，只有這樣，才充分發揮和利用音頻大地電磁測深法的應用優勢，解決貧水山區居民用水問題，為促進當地經濟的快速發展發揮出重要作用。

圖3 測區10線音頻大地電磁測深二維反演電阻率斷面(上)及地質推斷解釋(下)

4 鉆孔驗證

通過運用以上物探法，發現貧水山區出現的根本原因是斷裂構造不良影響所導致的，同時，為了尋找更多的富水地段，找出更多的水資源，相關人員還要重視鉆孔驗證工作的有效落實。為此，要針對地表內部斷裂程度推測結果，嚴格按照特定的順序，在指定的位置布設三個鉆孔，三個鉆孔分別為ZK01、ZK02、ZK03，并對最終的布設效果進行一一驗證。其中，ZK01鉆孔主要位于地表附近，孔深達到了150.5 m，同時，還出現了地表斷裂現象，這說明該孔的填充效果較好。而ZK02鉆孔和ZK03鉆孔分別布設在孤峰組硅質巖的斷裂位置處，ZK02孔深達到了114.3 m，所含的水巖組主要以棲霞組灰巖為主，ZK03鉆孔深達到了110.2 m，所含的水巖組主要以孤峰組硅質巖為主，縱觀抽水試驗結果，發現，ZK03鉆孔的靜止水位和出水量分別達到了9.1 m和256 m3/d。經過統計發現，三個鉆孔出水量累積后達到了635 m3/d，取樣分析處理后，發現水質滿足居民生活用水標準和要求，這樣一來，不僅有效地解決了貧水山區居民的飲水問題，還為農田灌溉提供了充足的水資源，為極大地提高地下水資源的利用率，實現地下水資源的循環利用提供有力的保障。

5 結語

綜上所述，通過落實物探工作，得出以下四個結論：(1)通過采用高密度電阻率法，對地下水資源進行淺部探測，可以根據當地地層巖石的特性，精準、高效地確定灰巖頂界面的所在位置信息，為后期更好地推斷和解決當地隱伏斷裂構造問題提供重要的依據和參考。(2)通過利用激電測深法，可以精準地控制和調整高電阻和低電阻的分布范圍，確保高低電阻分布范圍符合相關標準和要求，從而進一步地提高電阻率結果的真實性和精確性。同時，還能科學推斷當地的裂縫問題，從而實現對地下水資源分布特征的全面了解和把握。(3)通過利用音頻大地電磁探測法，不僅可以有效地驗證當地斷裂的深埋范圍，還能提高電阻的規模和強度，為后期更好地偵查和控制斷層活動范圍，提高巖層縫隙發育速度打下堅實的基礎。(4)縱觀地形地貌特征，通過使用地質圖，采用地質圖初步分析法，對貧水山區的水資源進行全方位分析和判斷，并在運用綜合物探法的基礎上，采用鉆探驗證的方式，獲得巖溶裂隙水量達到了得635 m3/d，這說明了綜合物探法具有非常高的有效性和可靠性，為后期更好地尋找地下水資源，提高地下水資源的利用率發揮出重要作用。