激發(fā)極化法電測深在地下水探測中的應(yīng)用

姚惠明

【摘要】本文介紹了激發(fā)極化法電測深探測地下水的方法原理,通過該方法在陜南某地地下水探測中的實(shí)際應(yīng)用,總結(jié)了在地下水探測中地下含水層的一般激電特征，并對激發(fā)極化法電測深在地下水探測時應(yīng)注意的問題進(jìn)行了分析。

【關(guān)健詞】激發(fā)極化法電測深 地下水探測 方法原理 激電特征

0 引言

隨著我國工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，工農(nóng)業(yè)用水、生活用水需求量越來越大，對地下水的開采量也不斷增加，地下水資源日趨緊張，因此，必須尋找更多的地下水資源，才能滿足工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活水平不斷提高的需求。

激發(fā)極化法電測深是重要的探測地下水資源地球物理探測方法之一，本文就是通過該方法在陜南某地地下水探測中的實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)出探測區(qū)地下水的激電特征，結(jié)合探測區(qū)水文地質(zhì)資料，分析地下水補(bǔ)給、運(yùn)移、富集、地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等水文地質(zhì)條件，分析含水地層的厚度變化及其水量等情況，以便對地下水資源作出正確評估，為國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

1方法原理

激發(fā)極化法電測深基本原理是基于巖石的激發(fā)極化效應(yīng)，是巖石顆粒含水后在外電場作用下的一種電化學(xué)反映，因此，它必然和巖石中的水有關(guān)，如果沒有水，也就沒有激發(fā)極化效應(yīng)。但激發(fā)極化效應(yīng)也并非與巖石的含水量成正比，而是與一定的顆粒結(jié)構(gòu)有關(guān)系，飽含水分的粘土就沒有強(qiáng)的激發(fā)極化效應(yīng)。實(shí)踐表明，古河道、古洪積扇、巖溶溶洞水、砂巖裂隙水、粘土和充水的斷層破碎帶等有開采價值的含水層，都有明顯的極發(fā)激化效應(yīng)。激發(fā)極化法電測深一般測量四個參數(shù)：視電阻率ρs、激化率ηs、激發(fā)激化比J、衰減度D等。其中ηs、J、D它們都是用來反映激發(fā)極化效應(yīng)特征的參數(shù)。當(dāng)激電測深未反映這些含水層時，激發(fā)極化參數(shù)值一般都有很小，而當(dāng)反映含水層時，這些參數(shù)(ηs、J、D)往往相對背景值同時增大，增大倍數(shù)與水量大致成正比，因而進(jìn)行激發(fā)極化法電測深時，綜合考慮這些參數(shù)隨極距變化，來判斷地下有無地下水及地下水富集情況。

2應(yīng)用實(shí)例

地上水探測區(qū)位于陜西省漢中盆地東北部，地處秦嶺褶皺系南緣、康縣－略陽華力西褶皺帶內(nèi)，地質(zhì)條件簡單，屬內(nèi)陸湖盆沉積及階地沖積層；出露地層主要為第四系中下更新統(tǒng)（Q1-2）為洪積及湖泊沉積層，有礫石層及粉砂土和砂質(zhì)粘土。第四系全新統(tǒng)（Q14）為一級階地沖積層，主要為粉砂土夾礫石層。基底巖性為下石炭統(tǒng)略陽組中上部灰?guī)r（見圖1）。

探測區(qū)屬漢江三級階地，地下水的形成受本區(qū)地質(zhì)、水文、構(gòu)造及地貌等因素控制。調(diào)查區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)屬漢中盆地中等—弱富水的孔隙水區(qū)，根據(jù)地下水的賦存條件、補(bǔ)給、排泄形式及富水性，可劃分為2個小區(qū)，即弱富水孔隙水區(qū)和中等富水孔隙水區(qū)，中等富水孔隙水區(qū)主要分布在漢江的一級階地區(qū)，弱富水孔隙水區(qū)主要分布在漢江的二、三級階地區(qū)。

弱富水孔隙水區(qū)含水層巖性主要為泥質(zhì)砂礫層，地下水補(bǔ)給主要來自大氣降水、水塘及北部山區(qū)地下水，向南排泄，地下水位3—15m，富水性差，單井出水量一般小于5m3/h。中等富水孔隙水區(qū)含水層巖性主要為卵石層及砂礫層，地下水潛水面約3—5m，地下水補(bǔ)給主要來自大氣降水及河水，向河流及下游排泄，富水性較好，單井出水量可達(dá)10—20m3/h。

圖1區(qū)域地質(zhì)簡圖

本次地下水探測使用國產(chǎn)WDJD—3多功能數(shù)字激電儀，采用對稱四極等比電測深裝置,供電極AB與測量電極MN按5:1極距比同時移動動。 測量主要參數(shù):視電阻率(ρs)、視極化率(ηs)、衰減度（D）、極發(fā)極化比（J）。

本次共完成激電測深點(diǎn)共11個，這些點(diǎn)分布在01號激電測深剖面上，由北向南分別為：0101—0111，剖面長600m。

通過對本次激電測深數(shù)據(jù)分析整理，可以看出:

視電阻率(ρs)值變化范圍一般為 10—46Ω.m；ρs曲線較為平滑，曲線類型主要為KHA、KKA、HHA、KHH、QHA型；視極化率 (ηs)值變化范圍一般為0.2～4.6 ％，背景值約為1.4％。曲線局部不平滑，在地下水較富集區(qū)ηs較大；衰減度（D）值變化范圍一般為 0.1—0.8，背景值約為0.3，曲線平緩，在地下水較富集區(qū)局部有跳躍，但不明顯；極發(fā)比（J）值變化范圍一般為 0.1—1.8，背景值約為0.4，曲線平緩近似直線，變化不大，但在富水地段，J值較大。

對激電測深的視電阻率(ρs)，視極化率(ηs)、衰減度（D）、激發(fā)比（J）數(shù)據(jù)整理并分別繪成ρs、ηs、D、J等值線斷面圖（見插圖1）， 從斷面圖上可以看出：ρs斷面圖：電阻率沿垂直方向電阻率由淺至深逐漸變大，沿水平方向電阻率變化不大，在0102—0104區(qū)間，電阻率等值線呈低阻下凹，形成局部低阻半封閉異常圈；ηS、J斷面圖：在0102—0104這個區(qū)間，分別形成高極化封閉圈、高激發(fā)比封閉異常圈；衰減度D：在0102—0104區(qū)間沒有高衰減度封閉圈，而其它區(qū)間仍然有一些團(tuán)塊狀、串珠狀的異常圈。

插圖101線電測綜合斷面圖

根據(jù)以上激電測深綜合解釋成果結(jié)合調(diào)查區(qū)的水文地質(zhì)情況可以得知：調(diào)查區(qū)地層主要有第四系粘土層、砂質(zhì)粘土層、砂礫層、卵石層、角礫層，基巖為石炭系灰?guī)r，其中粘土層、砂質(zhì)粘土層為淺部不均勻含水層，主要為地表滯水，含水量較小；砂礫層、卵石層、角礫層為主要含水層，同時也是地下水運(yùn)移的主要通道，含水量相對較大，同時基巖的起伏變化所形成的局部凹陷構(gòu)造為地下水富集提供了有利空間（見插圖2）。

插圖2綜合解釋地質(zhì)剖面圖

根據(jù)前面對激電測深工作范圍內(nèi)平面及斷面激電異常綜合分析可知：地下水較富集區(qū)位于剖面北部，平面位置包括01線測深點(diǎn)0102—0104，地表以下3m—30m為地表滯水，水量較小；30m—160m為主要含水層，水量較大。

通過對調(diào)查區(qū)所有激電測深點(diǎn)成果分析對比，選取出涌水量較大的點(diǎn)位：0102、0103、0104作為建井井位，預(yù)計(jì)單井出水量在10m3/h以上，通過在0103號點(diǎn)位的鉆探，成孔后出水量達(dá)到16m3/h，達(dá)到預(yù)期效果。

3 結(jié)束語

1、激發(fā)極化法電測深在探測地下水中的實(shí)際應(yīng)用可知：通過該方法對于查明探測區(qū)地下含水層激電特征、含水地層的厚度及地下水量等情況是非常有效的。

2、通過電阻率斷面圖可以看出地下含水層及其厚度的變化情況，極化率、衰減度、極發(fā)比等參數(shù)的斷面圖可以來判斷有無地下水及地下水是否豐富；結(jié)合探測區(qū)的水文地質(zhì)資料，來綜合判斷地下水資源的分布規(guī)律，圈定地下水相對富集區(qū)段，分析有利于地下水富積的地層、地質(zhì)構(gòu)造及運(yùn)移的通道，進(jìn)而估算地下水資源富集量，作出以對探測區(qū)水資源狀況評價。

3、在水資源調(diào)查時，應(yīng)采用四參數(shù)：視電阻率(ρs)，視極化率(ηs)、衰減度（D）、激發(fā)比（J）數(shù)據(jù)整理并分別繪成ρs、ηs、D、J等值線斷面圖來綜合判斷地下水富集情況，提高地下找水的準(zhǔn)確度，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。