高密度電法在黔東地區勘查地下水的應用

安永興 張德實

（貴州省地質礦產勘查開發局一0 三地質大隊，貴州 銅仁 554300）

1 概述

高密度電阻率法是一種陣列式的直流勘探方法，以巖、礦石之間電性差異為基礎，一次布極就可以完成縱向、橫向二維勘探過程，能反映地下某一深度沿水平方向巖土體的電性變化，亦可提供地層沿縱向的電性變化情況[1]。數據采集密度大、效率高，極距選擇靈活，在巖溶、采空區、滲漏檢測、滑坡勘查等領域均有較成熟的運用[2-6]。

2 研究區地質特征

研究區內出露寒武系上統婁山關組第二、三段地層，巖性為淺灰色薄層至塊狀微-細晶白云巖，夾中層細晶白云巖、砂屑細晶白云巖，巖層傾向多北西，傾角10 ～20°。區域北東向區域斷裂構造發育，受區域構造影響，北東向、近東西向及北西向節理、裂隙比較發育。研究區內主要發育有三條北東向斷層，編號F1、F2 和F3，系同期斷裂，其中F1、F2 斷層可見30 ～50m 的構造破碎帶及構造陡立帶，局部見構造角礫巖，并被白云質和白云石脈所膠結，F3 斷層見3～5m 破碎帶，3 條斷層均為張性正斷層性質，區內泉點大多在F1、F2 斷層破碎帶上，斷續零星出露，表明這兩條斷層均具有較強的含水性和導水性。

3 地球物理特征

采用小四極法[7]對研究區內各種介質進行了多次測量，得到的電性參數統計于表1。根據測定的電性參數可知，寒武系婁山關組白云巖電阻率為397～1721Ω.m，平均值804Ω.m；研究區的浮土層電阻率為31～298Ω.m，平均值154Ω.m；地表水的電阻率為31～47Ω.m，平均值40Ω.m，由此可見完整的白云巖體電阻率與破碎含水的白云石存在較為明顯電阻率差異，可以實施物探測量。

表1 研究區巖石等介質電性參數測定結果統計

4 工作方法及數據處理

4.1 方法原理

高密度電法用供電電極（A、B）向地下供直流（或超低頻）電流(I)，同時在測量電極（M、N）間觀測電勢差（ΔUmn），并計算出視電阻率（ρs），K 為裝置系數[8]。采集數據進行異常值剔除以后選擇最小二乘法反演，得到反演電阻率值后采用克里格差值擬合法成圖。

4.2 數據采集

本次測量使用的是重慶地質儀器廠生產的DUK-2A高密度電法測量系統，結合場地條件布設實測高密度剖面線5 條，道間距5 米，最大道數120 道，最小道數118道（圖1）。工作人員鋪好線路、連接好儀器和電源后即可開機進行各電道接地電阻測量，確保每個電極接地良好后即進行數據采集，數據采集完畢后儀器將自動保存，接著進行下一條剖面的測量工作。剖面觀測點是使用高精度手持GPS 衛星定位儀（UniStrong G310 系列）導航及皮尺定點，點位誤差為±1.5 米。采用紅色噴漆做標記。

圖1 地質及工作布置簡圖

4.3 數據處理

數據反演處理使用瑞典高密度處理軟件RES2DINV，該程序用于反演系統電極采集的數據點。在二維電阻率模型應用在反演程序中，該程序由較多矩形條塊組成。條塊的排列與視電阻率剖面上的數據點連接起來。條塊的分布和大小由程序自動生成，基本遵從數據點的分布規律。底層條塊的深度與目的深度數據點基本相等，此時電極距最大。通常數據的采集遵循固定的電極排列順序，相鄰電極間距一般為固定值[9-10]。

5 剖面綜合解釋與鉆孔驗證

5.1 剖面解釋

GL1 剖面實測數據反演視電阻率斷面圖顯示：剖面38-51 號點從淺表往深部呈明顯倒三角低阻異常，電阻率低于300Ω·m，位置及產狀與區內F1 斷層吻合，推測為F1 斷層及其破碎區，編號Ⅱ；剖面74-88 號點從淺表往深部呈明顯片狀低阻異常，電阻率低于300Ωom，位置及產狀與區內F2 斷層吻合，推測為F2 斷層及其破碎區，編號Ⅲ。（圖2）GL3 剖面實測數據反演視電阻率斷面圖顯示：剖面10-20 號點從淺表往深部呈明顯倒三角低阻異常，電阻率低于300Ω·m，位置及產狀與區內F1 斷層吻合，推測為F1 斷層及其破碎區，編號Ⅱ；剖面60-73號點從淺表往深部呈明顯片狀低阻異常，電阻率低于500Ω·m，位置及產狀與區內F2 斷層吻合，推測為F2 斷層及其破碎區，編號Ⅲ。（圖3）GL5 剖面實測數據反演視電阻率斷面圖顯示：剖面33-56 號點從淺表往深部呈明顯倒三角低阻異常，電阻率低于300Ω·m，在空間位置上與L1 線異常位置具有相關性，位置及產狀與區內F1 斷層吻合，推測為F1 斷層及其破碎區，同編號為Ⅱ；剖面76-80 號點從淺表往深部呈明顯脈狀低阻異常，電阻率低于500Ω·m，在空間位置上與L1 線異常位置具有相關性，位置及產狀與區內F2 斷層吻合，推測為F2 斷層及其破碎區，同編號為Ⅲ（圖4）。

圖2 GL1 線視電阻率反演及推斷解釋圖

圖3 GL3 線視電阻率反演斷面及推斷解釋圖

圖4 GL5 線視電阻率反演斷面及推斷解釋圖

5.2 鉆孔驗證

經過對L1、L3、L5 等測線視電阻率反演斷面圖綜合對比分析研究，推測F1、F2 斷層上盤破碎區具有較好存水條件，并最終選定1 剖面Ⅱ破碎帶設計ZK01 孔位置實施鉆探驗證，實鉆孔深115m，經抽水驗證出水量約為480m3/d，達到本次工程勘查目的。

6 結論

6.1 研究區斷層發育區多伴隨發育有破碎帶，含水或充填泥質后與圍巖電阻差異明顯，具備開展高密度電阻率法等勘查方法開展的物性條件。

6.2 高密度電法能有效識別區內含水斷層及破碎帶，在電阻率斷面圖上呈不規則低阻異常，建議在斷層上盤實施鉆探驗證。

6.3 實施高密度電法勘查，能夠縮小并劃定靶區，減少機井盲打工作量，提高尋找地下水成功率。