電測深在敦煌月牙泉地質成因調查中的應用

唐鑫　何勝

【摘要】為遏止近年來敦煌月牙泉水位持續(xù)下降、水域面積不斷縮小的趨勢，探明月牙泉的地質成因顯得尤為主要。物探作為地質勘察的一種重要手段，本文對月牙泉工區(qū)物探電測深勘察的地球物性條件、地電斷面特征，地質形成與電測結果反映對比等問題進行了較為詳盡的論述，為月牙泉查明成因及應急治理工程（驗證了電測深效果良好）提供了較好的可靠資料。

【關鍵詞】電測深；地電特征；地質成因；月牙泉

【Abstract】In order to prevent the water level of the Crescent Spring in Dunhuang in recent years， the water area has decreased continuously， it is very important to explore the geological causes of the spring of the moon. Geophysical exploration in geological survey is a kind of important means， of Crescent Moon Spring Area geophysical sounding investigation in this paper， the geophysical conditions， geoelectric section features， geological formation and electrical measurement results reflect problems were discussed in detail， for the crescent moon spring to identify causes and emergency treatment engineering （Verified the resistivity sounding effect is good.） provides a good and reliable information.

【Key words】Resistivity sounding；lectrical sounding，electrical characteristics；geological origin；Crescent Spring

月牙泉位于敦煌市區(qū)向南5Km的鳴沙山北側山灣處，數(shù)千年來，月牙泉深陷流沙而不被掩埋，依然碧波蕩漾，水聲潺潺。然而，近30多年來，月牙泉水位竟然持續(xù)下降，水域面積不斷縮小。為了保住這一千年名勝，不使其逐漸干枯，實現(xiàn)敦煌旅游業(yè)經濟的可持續(xù)發(fā)展，人們在不斷追尋著月牙泉的生存危機源頭。對月牙泉地區(qū)進行水文地質條件調查，物探勘察可助一臂之力。物探工作的目的是必須弄清楚月牙泉地區(qū)深部的地質結構、地層巖性、第四系地層厚度、有無沙漠下部基巖裂隙水補給、月牙泉與地質構造的關系等問題[1]。

1. 自然、地質與地球物理特征

（1）月牙泉海拔1134m，水深2～3m，南北兩側為海拔1250m的鳴沙山。物探勘察面積約8Km2，地形復雜，山險陡峻。月牙泉地區(qū)屬典型的內陸性氣候，降雨量少，蒸發(fā)量高，夏季炎熱，冬季寒冷，日溫差大。工區(qū)內無河流通過，僅北側有黨河，但其河床常年干枯。工區(qū)出露地層有前震旦系、第三系及第四系。第四系地層出露較全，主要有全新統(tǒng)沖積、沖湖積、風積層，巖性為含礫粗砂、亞砂土、亞粘土、粉細砂等，上更新統(tǒng)沖積、洪積砂礫石層，中更新統(tǒng)沖積-湖積亞砂土、粉細砂、亞粘土鈣質半膠結透鏡體等。第三系（N）巖性為泥質砂巖、泥質粉砂巖和泥質砂礫巖組成，是較好的隔水層。前震旦系（Anz）出露于工區(qū)外圍，其巖性為片麻巖、角閃巖及大理巖等[2，3]。

（2）工區(qū)位于北西西向的祁連山褶皺帶及北東東向的阿爾金山褶皺帶的復合部位，祁連山北部大斷層及阿爾金山索爾庫里大斷層對該區(qū)的構造體系均有明顯影響。其中，當金山北西西向斷層屬于祁連山北部斷裂帶，三危山及一條山北東東向斷層屬于索爾庫里斷裂系。這兩組斷層在敦煌一帶交叉復合，使三危山及鳴沙山一帶的構造變得更加復雜[3]。

（3）依據本次電測深曲線及月牙泉Zk2號孔孔旁測深曲線對比分析，該地區(qū)第四系全系統(tǒng)風積層電阻率最高，其ρs值一般大于1000Ω·M，因干濕程度不同，其電性特征可分為：潮濕風積層ρs值約1000Ω·M，干燥風積層ρs值約1500Ω·M，第四系亞砂土、潮濕中粗砂及亞粘土層ρs值較低，在20Ω·M左右。中更新統(tǒng)沖積含水層（砂礫石、含礫中粗砂、中細砂）ρs值一般在70Ω·M左右，反映在電測深曲線的前支，沖積-湖積硅質半膠結礫巖夾薄層粗砂透鏡體ρs值在500Ω·M左右，一般呈K型或Q型曲線，反映在電測深曲線的中段。前震旦系ρs值在60～70Ω·M之間，它反映在電測深曲線的尾支。第三系（N）ρs值在25Ω·M左右，它反映在電測曲線的后段H型部位?？梢姷谒南祹r性之間、第四系與第三系、前震旦系巖性之間均有較明顯電性差異，這就為利用物探電測深解決有關地質問題提供了較好的物性前提。

2. 工作方法技術

（1）根據本次物探工作需要解決的地質任務，實測采用對稱四極直流電測深法，由于大部分物探剖面都在高阻第四系風積層之上，短極距供電電流穿透能力弱，無法穿透表層干燥高阻地層。

（2）所以，設計時最小供電極距AB/2=4m，最大供電極距AB/2=650 m。測試儀器為TD3數(shù)字電法儀。

（3）該區(qū)地形比較復雜，大部為陡峭沙山，電法剖面無法按正規(guī)測網布設，實測時均按實際地形而定，進行面積控制大致成網。本次電測深布置剖面5條，線距350～1000m，點距100～500 m，物理點35個。電測深檢查觀測采用抽查極距的方法進行，抽查誤差AB/2≤50m為1.24%，AB/2>50m時為0.43%，總誤差為0.83%，符合電測深有關規(guī)范要求。測地工作利用數(shù)據測距儀，把國家控制點引入測區(qū)作為首級勘控點，采用北京54坐標系和黃海高程極坐標法進行測量，導線法閉合差為23.4"（允許44.7"），高程閉合差為0.022m（允許0.103m）。各項測地精度符合工程測量有關規(guī)范要求。

3. 曲線類型分析

3.1 對電測深曲線類型的分類進行分析，是剖面定量解釋推斷的關鍵。整理測區(qū)電測曲線類型主要為HK、KQ、AK及KQHK型。

（1）HK型曲線，該類曲線的H型首支ρs值一般在400Ω·M以上，反映了表層干燥風成沙，H型部位的ρs值在200Ω·M左右，它是潮濕風成沙電性反映。K型部位ρs值在500Ω·M左右，是砂礫石層的電性反映，曲線尾支反映前震旦系（Anz）片巖、大理巖（風化）。

（2）KQHK型曲線，該類曲線前支K型部位ρs=500Ω·M，表層干燥風成沙，Q型曲線部位ρs=150Ω·M左右，是主要含水層砂礫石電性反映，H型部位ρs=70Ω·M左右，代表細粉砂層，后支K型部位ρs=150Ω·M左右，是底部粗砂（或礫石）層，曲線尾支反映前震旦系（Anz）地層。

（3）KQ型曲線，該類曲線首支K型部位ρs=300Ω·M，它是干燥風成沙反映，曲線Q型部位ρs=500Ω·M左右，是礫石層電性特征反映，曲線尾支反映了前震旦系（Anz）地層。

（4）AK型曲線，該類曲線首支ρs=30Ω·M左右，表層亞砂土，A型部位ρs值在70Ω·M左右，反映的是主要含水層中砂、礫石層，曲線K型部位ρs值在100Ω·M左右，代表的是粗砂層，尾支為前震旦系（Anz）。

3.2 地質電性層的確定：風成沙ρs值干燥>1500Ω·M，一般大于1000Ω·M。亞砂土ρs<50Ω·M，呈低阻值反映在曲線首支。含礫中粗砂（主要含水層），ρs值100Ω·M，反映在曲線的K型及Q型部位，個別反映在A型部位。細粉砂ρs值70Ω·M，反映在曲線的H型部位。礫巖該層反映在曲線的Q型及K型部位，其ρs值在500Ω·M左右。第三系（N）反映在曲線的后段，ρs值在25Ω·M左右，在測區(qū)中呈厚層低阻體。前震旦系（Anz），它反映在曲線較平直的尾支，ρs=70～100Ω·M。

4. 資料推斷解釋

根據等ρs斷面資料分析，在1線2～3號點，2線4～5號，3線2～3號點之間，ρs曲線為密集垂直升降的等值線束或密集等值線束呈現(xiàn)有規(guī)律的彎曲狀態(tài)。在不同極距的等ρs平面圖上，則為近東西向的密集線束，它們均反映出F1斷層位置，F(xiàn)1斷層為南傾的壓扭性斷層，其斷距一般大于100m，斷層上盤前震旦系覆蓋在第四系之上。F1斷層屬于黨河東岸主斷裂中的一條分支斷層，由于F1斷層作用，使月牙泉南山升高，北側相對下降，在下降盤由于長時間風化剝蝕，在其低洼處前震旦系之上的礫石層被剝蝕掉，形成了古剝蝕洼地，月牙泉就是這個古剝蝕洼地（古河叉）中的一個牛軛湖。由于壓扭性斷層兩側巖性受到部分牽引使其破碎，其破碎帶中導水性較弱。因而斷層水的補給量應遠小于月牙泉古河叉中補給的地下潛水。月牙泉水的補給主要來自黨河水。月牙泉水面比黨河沙山渠古河道地下水潛水面低1～2 m，黨河水滲漏到黨河沙山渠古河道中，經過月牙泉古河叉補充到泉水中。月牙泉泉水并未外流，主要是通過古河叉中第四系沙層向下滲透排泄，另有部分水通過F1斷層破碎帶向外排泄。該地區(qū)主含水層是第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4aL）細礫中粗砂層和上更新統(tǒng)沖積層（Q3aL）砂礫石層及含礫中粗砂層。月牙泉北山，第四系厚約130m，月牙泉南山，第四系厚約160m，月牙泉西山口處第四系厚250 m，月牙泉湖心及湖東、東北一帶第四系厚約300～650m，月牙泉古河叉基底形態(tài)為波狀起伏，西段較深，月牙泉洼地南北兩側平緩抬起，向東側則又逐漸變深。

5. 結語

（1）本次物探工作基本查清了月牙泉地區(qū)的構造形態(tài)，確定了第四系分布狀況及厚度，對月牙泉古河叉及黨河古河道地下水的補排和流向關系進行了對比分析解釋。后經鉆探驗證電測深反映的結果與實際地質條件比較吻合，為月牙泉治理工程最終付諸實施提供了關鍵地質資料。

（2）經過對物探與地質測繪、鉆探的全面、深層次合作研究，綜合分析后認為：月牙泉處于兩大沖洪積扇的扇間洼地，具有一套巨厚（第四系鉆探揭露最大厚度650m）的松散地質結構和細粉砂沉積巖性，低洼的地質條件和西北上游黨河地區(qū)較高區(qū)域性地下水位，使得地下水在扇間低洼處溢出地表形成月牙泉。

（3）較低的地形條件和松散含水的地質結構是月牙泉形成的基本條件，較高的區(qū)域性地下水位是月牙泉溢出形成的必備條件，亦是月牙泉能夠保持數(shù)千年清澈不干枯的基本保證。新構造運動、氣候干旱少雨、水面蒸發(fā)、風沙淤積等自然因素對月牙泉水位下降產生了一定影響，上游修建黨河水庫、加補防滲渠、大量開采地下水等，是導致地下水補排失衡、區(qū)域地下水位下降的主要根本原因，也是造成月牙泉生態(tài)變遷危機頻現(xiàn)的重要“病根”。

（4）目前的“應急治理”只能保證月牙泉泉水不至于在短期內干涸乃至枯竭，真正的治本之法還是要通過科學管水和用水，保證敦煌綠洲的存續(xù)，逐步恢復敦煌地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

參考文獻

[1] 丁宏偉，龔開誠.敦煌月牙泉湖水位持續(xù)下降原因及對策分析[J].北京：水文地質工程地質，2004（06）.

[2] 地礦部蘭州水文地質中心.甘肅省敦煌市月牙泉地區(qū)水文物探工作報告[R].地礦部蘭州水文地質中心，1997.

[3] 中國人民解放軍00929部隊.敦煌幅區(qū)域水文地質普查報告[R].中國人民解放軍00929部隊，1982.

[文章編號]1619-2737（2016）03-23-158

[作者簡介] 唐鑫（1987-），男，籍貫：廣西全州人，職稱：物探助理工程師，學士，長期從事水工環(huán)礦物探技術工作。