灰?guī)r地區(qū)裂隙水和溶洞水的激電曲線特征研究

郝霽昊

(廣東省化工地質(zhì)勘查院，廣東 廣州510800)

灰?guī)r地區(qū)裂隙水和溶洞水的激電曲線特征研究

郝霽昊

(廣東省化工地質(zhì)勘查院，廣東 廣州510800)

激電法(激發(fā)極化法)作為一種找水的物探方法被很多物探工作者所推崇，但地質(zhì)情況錯(cuò)綜復(fù)雜，很多工作實(shí)踐中遇到的問(wèn)題也很難判斷。對(duì)于激電法測(cè)深工作，總的經(jīng)驗(yàn)方法是分析單點(diǎn)測(cè)深曲線，以判斷含水層。灰?guī)r地區(qū)的地下水有孔隙水、裂隙水和溶洞水幾種類型。從實(shí)際地質(zhì)情況出發(fā)，研究分析灰?guī)r地區(qū)裂隙水和溶洞水激電測(cè)深曲線特征，以此達(dá)到找水目的。

激電;電阻率;極化率;曲線特征

經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，環(huán)境污染的問(wèn)題也接踵而來(lái)。在一些地方，飲水的安全也受到了威脅，一些城鄉(xiāng)結(jié)合部的村民以前都是自掘水井解決飲水問(wèn)題，由于村民自己打的水井都是第四系地表水，而且近年來(lái)由于水井地下條件發(fā)生變化，井水水質(zhì)惡化，加上歷來(lái)缺水等問(wèn)題，村民們?yōu)轱嬘盟膯?wèn)題感到不安和焦急。

激電法(激發(fā)極化法)作為一種找水的物探方法被很多物探工作者所推崇，但是地質(zhì)情況錯(cuò)綜復(fù)雜，很多工作實(shí)踐中遇到的問(wèn)題也很難判斷。對(duì)于激電法測(cè)深工作，總的經(jīng)驗(yàn)方法是分析單點(diǎn)測(cè)深曲線，以判斷含水層?；?guī)r地區(qū)的地下水有孔隙水、裂隙水和溶洞水幾種類型。本文從實(shí)際地質(zhì)情況出發(fā)，研究分析灰?guī)r地區(qū)裂隙水和溶洞水激電測(cè)深曲線特征，以此達(dá)到找水目的。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地層

1.1.1 石炭系孟公坳組

主要分布于工區(qū)的竹洞村一帶，該組巖性僅見泥質(zhì)巖和碎屑巖、泥質(zhì)巖中常含砂、粉砂，碎屑巖之碎屑?？缭椒凵?、細(xì)砂兩個(gè)粒級(jí)，成分較復(fù)雜，棱角狀—次棱角狀，見水平微細(xì)層理。主要為灰白色細(xì)粒石英砂巖、石英粉砂巖、灰綠色薄層粉砂質(zhì)泥巖及少量炭泥質(zhì)石英粉砂巖。

1.1.2 石炭系石磴子組

主要分布在工區(qū)的纏崗村附近，該組巖性幾乎全是碳酸鹽巖，顏色較深，含炭泥質(zhì)，有部分白云質(zhì)灰?guī)r，主要為灰黑、深灰色灰?guī)r，含炭泥質(zhì)，下部見白云質(zhì)灰?guī)r。

1.1.3 石炭系測(cè)水組

分布廣泛，工區(qū)的纏崗村、黃沙塘村都有出露，還有竹洞村的一部分地區(qū)。該組下部以碳酸鹽巖為主，中上部以碎屑巖為主，碎屑成分簡(jiǎn)單到復(fù)雜，分選性由好到差，具水平層理和交錯(cuò)層理，夾煤層，含黃鐵礦。該組巖性下部為黃褐、灰綠色鈣質(zhì)頁(yè)巖夾土黃色薄層泥灰?guī)r及灰?guī)r透鏡體，厚度約3.5～15.2 m;中部為砂巖、頁(yè)巖互層夾鐵質(zhì)砂巖薄層及煤層，厚度約131 m;上部為灰白色礫巖、石英砂巖、粉砂巖、黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，厚約94 m。

1.1.4 第四系

第四系分布廣泛，工區(qū)的纏崗村、黃沙塘村、竹洞村都有。主要有人工填土、耕植土、粉質(zhì)粘土、粗砂，含炭粘土等。

1.2 構(gòu)造

1.2.1 褶皺

工區(qū)位于華南褶皺系之粵中拗陷的花縣凹褶斷束中，處于馮村背斜的北西翼。馮村背斜為華力西－印支構(gòu)造階段褶皺，由泥盆系－二疊系褶皺而成，長(zhǎng)度23 km，軸向40°～320°。其南東翼傾向南東，傾角30°～50°，北西翼傾向北西，傾角30°～60°，核部為天子嶺組灰?guī)r，兩翼為帽子峰組、孟公坳組、石磴子組、測(cè)水組砂頁(yè)巖、灰?guī)r。次級(jí)褶皺發(fā)育。

1.2.2 斷裂

工區(qū)南西部發(fā)育有白坭斷層，這些斷層大多隱伏于巴江河之下，全長(zhǎng) 22.5 km，走向 300°～335°，傾向南西，傾角 82°～85°，可見3～5 m的構(gòu)造角礫巖，角礫有被拉長(zhǎng)定向排列現(xiàn)象，兩側(cè)石磴子灰?guī)r被順鐘向切錯(cuò)約600 m。斷層可能形成于印支運(yùn)動(dòng)，為正斷層。南西盤下降見晚三疊世沉積，之后為順鐘向剪切逆斷層，晚近時(shí)期為正斷層，控制了巴江河的走向。

2 野外數(shù)據(jù)采集

野外采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠是物探工作的關(guān)鍵所在，是數(shù)據(jù)處理工作的前提，因此作者認(rèn)為在激電法野外工作應(yīng)注意幾點(diǎn):

(1)在試驗(yàn)和野外測(cè)量時(shí)，供電時(shí)間的選擇要考慮兩個(gè)因素，為取得足夠大的二次電場(chǎng)，供電時(shí)間應(yīng)盡量長(zhǎng)一些。另一方面，為節(jié)約電源，提高工作效率，供電時(shí)間又不能太長(zhǎng)。兼顧這兩個(gè)因素，當(dāng)用長(zhǎng)脈沖供電時(shí)，通常選擇接近飽和值的供電時(shí)間，一般選用30 s［5］。

(2)增加一次場(chǎng)電位差ΔV1。為了減少測(cè)量誤差，保證較大的信號(hào)干擾比，得到數(shù)據(jù)可靠的野外數(shù)據(jù)，應(yīng)使一次場(chǎng)電位差ΔV1盡可能大，不能小于20 mV。

(3)導(dǎo)線有良好的導(dǎo)電性和外皮絕緣性，必須減小線路電阻，擬采用銅絲多，導(dǎo)電性好的導(dǎo)線。

(4)減小供電電極的接地電阻，如:打深電極、電極附近澆鹽水、并聯(lián)電極組。

(5)成對(duì)不極化電極的電阻必須小于100 Ω，極差≤1 mV，在測(cè)量過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)有負(fù)值，MN不極化電極需要重新安放，重測(cè)。

3 實(shí)例分析

以本次激電工作的纏崗村和塘虱頭村為例進(jìn)行分析研究，以此總結(jié)出其中的激電曲線特征規(guī)律。纏崗村激電測(cè)深工作前后共布置測(cè)線兩條，分別為L(zhǎng)1和L15。因?yàn)長(zhǎng)1上異常點(diǎn)的鉆探成果顯示水質(zhì)鐵錳超標(biāo)，所以進(jìn)行了L15測(cè)線的工作。塘虱頭村布置測(cè)線一條，為L(zhǎng)3。下面對(duì)這三條測(cè)線上的異常點(diǎn)分別分析研究。

3.1 纏崗村

測(cè)線L1上的異常點(diǎn)(3號(hào)點(diǎn))，鉆探水井編號(hào)為SJ1－1。該點(diǎn)電阻率實(shí)測(cè)曲線形態(tài)基本為KA型，應(yīng)有多層地質(zhì)體存在;尾部呈45°漸近線上升，說(shuō)明反映深部的基巖是完整的。極化率曲線有四個(gè)異常點(diǎn)，每個(gè)異常點(diǎn)相對(duì)其電阻率都呈低阻特征。幾十年的工作成果表明，溫納裝置視電阻率測(cè)深ρs曲線的“小臺(tái)階”狀或者“小鋸齒”狀，一般都是小低阻裂隙帶的反映［6］。極化率異常點(diǎn)分別是 AB/2=12、20、60、90 幾處，而且普遍相當(dāng)大。一般如此大的極化率異常是由電子導(dǎo)體所引起的。羅伊(Roy，1980)等人在模型槽內(nèi)對(duì)粘土與砂互層模型作了物理模擬實(shí)驗(yàn)，采用溫納裝置，用石墨電極、AgCI/Ag電極分別作供電電極及測(cè)量電極。實(shí)驗(yàn)表明，微量粘土能明顯增大砂巖的IP強(qiáng)度，含3%粘土重量的砂子比單獨(dú)的砂子或粘土有更高的極化能力［1］。在距離異常點(diǎn)50 m附近，作者發(fā)現(xiàn)有一干涸并開挖了的池塘，池塘近底部為含鐵錳質(zhì)的粘土。所以判斷高極化率特征是含鐵錳質(zhì)的粘土所引起的。因此判斷對(duì)于在AB/2=60、90兩處的激電異常是溶洞引起的，溶洞被粘土所填充。經(jīng)過(guò)鉆井驗(yàn)證，基本與推斷吻合。SJ－1鉆探描述:0～28.2 m 為土層，28.2 ～80.5 m 為基巖(灰?guī)r)，29.2 ～32.4 m、34.4 ～37.2 m、63.4 ～65.4 m、76.1 ～80.5 m 為溶洞，為粘土和水所填充，前三個(gè)溶洞處鉆進(jìn)時(shí)不漏水，76.1～80.5 m處溶洞全漏水。抽水試驗(yàn)涌水量為24 m3/h。但水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果顯示鐵、錳超標(biāo)，不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

測(cè)線L15上的異常點(diǎn)(4號(hào)點(diǎn))，鉆探水井編號(hào)為SJ1－2。該點(diǎn)電阻率實(shí)測(cè)曲線形態(tài)基本為KA型，應(yīng)有多層地質(zhì)體存在;尾部呈45°漸近線上升，說(shuō)明反映深部的基巖是完整的。極化率異常和電阻率異?；緦?duì)應(yīng)，呈現(xiàn)低阻高極化的特征。此異常點(diǎn)與測(cè)線L1(3號(hào)點(diǎn))異常點(diǎn)的不同點(diǎn)在于:L1的3號(hào)點(diǎn)極化率異常峰值基本差不多，甚至有增大趨勢(shì)，這是溶洞的反映;而L15的4號(hào)點(diǎn)的極化率異常峰值是慢慢減小的，這是破碎帶的反映此時(shí)應(yīng)該是裂隙水。SJ1－2鉆探描述:0～40.1 m為土層，40.1～70.6 m為基巖(灰?guī)r)，基巖部分總體裂隙較發(fā)育。巖芯校破碎，鉆進(jìn)至53.1 m時(shí)全漏水。抽水試驗(yàn)涌水量:27 m3/h。水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果顯示水質(zhì)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 測(cè)線L1(3號(hào)點(diǎn))激電曲線圖

3.2 塘虱頭

測(cè)線L3上的異常點(diǎn)(2號(hào)點(diǎn))，鉆探水井編號(hào)為SJ2。ρs曲線的“小臺(tái)階”狀或者“小鋸齒”狀，一般都是小低阻裂隙帶的反映，所以判斷AB/2=15開始進(jìn)入基巖破碎帶。ρs曲線連續(xù)“鋸齒”狀，是裂隙水良好的通道，尾部電阻率還在減小，說(shuō)明還是在破碎帶。而極化率曲線顯示極化率整體較小，但一直在增大。從理論到實(shí)踐統(tǒng)計(jì)資料表明:離子導(dǎo)體水的ηs小于4%。當(dāng)ηs大于5%時(shí)，則產(chǎn)生極化場(chǎng)的地質(zhì)體很可能是電子導(dǎo)體［6］。所以綜合判斷此異常為基巖破碎帶裂隙水異常。

SJ－3鉆探描述:0～15.5 m 為土層，15.5～71.9 m 為基巖(灰?guī)r)，基巖部分總體裂隙較發(fā)育。巖芯校破碎。鉆進(jìn)至36 m時(shí)見溶蝕裂隙、全漏水。抽水試驗(yàn)涌水量:36 m3/h。水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果顯示水質(zhì)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 測(cè)線L15(4號(hào)點(diǎn))激電曲線圖

圖3 測(cè)線L3(2號(hào)點(diǎn))激電曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

(1)水是離子導(dǎo)體，粘土及其礦物質(zhì)是電子導(dǎo)體，粘土含量多少一般造成激電曲線極化率異常高低。

(2)裂隙水和溶洞水的激電曲線特征有很大區(qū)別，一般，電阻率曲線異常相似，但極化率異常有差異，研究分析時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況認(rèn)真分析。

(3)在粘土及其礦物質(zhì)含量很高的情況下，裂隙水比溶洞水更能滿足飲用水要求。

［1］李金銘，程學(xué)棟.近年來(lái)國(guó)外激電找水研究的某些新進(jìn)展［J］.地球物理勘探.

［2］傅良魁，孟海東.激發(fā)極化法找水的一些新進(jìn)展［J］.物探與化探.1993(12).

［3］信永水.含水構(gòu)造上激發(fā)極化特征的研究［J］.物探與化探.1987(4).

［4］李忠岳.激電測(cè)深法在找水中Ps和 曲線何者為主［J］.地質(zhì)與勘探.1995(1).

［5］趙河山，劉炳根.激發(fā)極化法找水機(jī)制的試驗(yàn)與研究［J］.山西水利科技.1994(5).

［6］曼繼堂.激發(fā)極化法在找水工作中的應(yīng)用［J］.化工礦產(chǎn)地質(zhì).1996(7).

［7］賈立輝.石灰?guī)r區(qū)激電測(cè)深曲線類型及其賦水性［J］.地下水.1997(9).

P641.1

B

1004－1184(2014)02－0079－02

2014－01－17

郝霽昊(1984－)，男，安徽懷寧人，助理工程師，主要從事地球物理研究工作。