常規(guī)電阻率測(cè)深法在四子王旗找水中的成功應(yīng)用

樊永剛　張志國　段志勇

摘 要： 四子王旗屬內(nèi)蒙古中部干旱地區(qū)，水資源較為匱乏，且地質(zhì)、水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。實(shí)踐證明，運(yùn)用常規(guī)電阻率測(cè)深法對(duì)含水層的埋深、厚度及其富水性等做出綜合評(píng)價(jià)是可行的，可以取得顯著的找水效果。

關(guān)鍵詞： 水資源貧乏； 電阻率測(cè)深； 含水層

四子王旗行政區(qū)劃屬烏蘭察布市，總面積約24016km2。區(qū)內(nèi)降水量小，蒸發(fā)量大，屬典型的中溫帶大陸性干旱氣候，全旗總體上水資源較為貧乏，且分布極不均勻。尤其近年來地下潛水水位呈逐年下降趨勢(shì)，每到6、7月干旱時(shí)節(jié)，部分村或嘎查的農(nóng)牧民連最起碼的人畜飲用水都無法解決，許多農(nóng)牧民需到幾十公里外的水井中拉水，嚴(yán)重地影響了當(dāng)?shù)厝罕姷纳硇慕】岛蜕钯|(zhì)量。該旗中北部、烏蘭花鎮(zhèn)附近新近系“紅層”覆蓋區(qū)較為發(fā)育，加之東西、南北向之水文地質(zhì)條件差異大且復(fù)雜，使得運(yùn)用水文物探方法（尤其常規(guī)電阻率測(cè)深法）尋找地下水成為了不可或缺的重要手段。2014年～2015年在該旗進(jìn)行的電阻率測(cè)深工作，為水文地質(zhì)勘查、井位確定提供了較為充分的地球物理依據(jù)，取得了較為顯著的找水效果。

1. 水文地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件主要受地貌、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、古地理環(huán)境及氣象、水文等因素的影響和控制，根據(jù)地下水的賦存條件及含水層的巖性，可將地下水劃分為第四系松散巖類孔隙水、新近系—白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水和基巖裂隙水三大類。

第四系松散巖類孔隙水主要分布在局地的河谷、階地區(qū)及下更新統(tǒng)湖積平原區(qū)，其富水性與含水層的巖性、厚度等密切相關(guān)，含水層顆粒越粗、厚度越大，富水性越強(qiáng)。

新近系—白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在巴音和碩盆地、烏蘭花盆地等中新生代斷陷盆地中，含水層由古近系砂巖、砂礫巖地層及白堊系砂巖、砂礫巖地層組成，其上多被新近系“紅層”所覆蓋。其富水性與含水層的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、厚度及補(bǔ)給、排泄等密切相關(guān)，是2014～2015年工作的主要目的層。

基巖裂隙水主要分布在北部、南部及東南部的基巖出露區(qū)，其含水層富水性受地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度、巖性、地貌形態(tài)及所處水文地質(zhì)單元中的位置的影響較大，富水性差異亦較大。

區(qū)內(nèi)地下水總體流向?yàn)樽阅舷虮?、北西?/p>

2. 地球物理特征

區(qū)內(nèi)各主要地層或巖性的電性參數(shù)特征見表1。由表中數(shù)據(jù)可知，區(qū)內(nèi)隔水層（非含水層或微含水層）和含水層之間的電阻率存在較為明顯的物性差異，通過解釋推斷電阻率測(cè)深曲線可以劃分出含水層在垂直斷面上的分布范圍、深度、厚度及其相對(duì)富水程度。

3. 電阻率測(cè)深工作方法

所用工作方法為常規(guī)電阻率測(cè)深法。觀測(cè)參數(shù)為視電阻率ρS。工作以剖面為主，且剖面方向主要垂直主構(gòu)造線走向或溝谷走向布置。最大供電極距AB/2=500m?；军c(diǎn)距100m，局部地段進(jìn)行了加密。

對(duì)測(cè)深曲線進(jìn)行了定性、定量綜合解釋，解釋結(jié)果為各電性層的真電阻率、厚度及其相對(duì)富水性。

4. 腦木根蘇木烏蘭胡德格重點(diǎn)區(qū)

4.1 地質(zhì)特征

該區(qū)地處巴音和碩盆地東南邊緣，位于腦木根蘇木東南方向約75km處。地表為第四系含砂礫壤土層所覆蓋，局地見古近系灰白色泥巖出露，厚度不詳，下伏地層不詳（附近無水文孔及相關(guān)資料）。

4.2 電阻率測(cè)深曲線特征

各點(diǎn)測(cè)深曲線多為QK型，大體上可分為五個(gè)電性層，且ρ1>ρ2>ρ3<ρ4>ρ5。以220點(diǎn)為例（圖1）采用MOSCOW STATE UNIVER- SITY，GEOLOGICAL FACULTY ，DEPT. OF GEOPHYSICS（莫斯科國立大學(xué)地質(zhì)學(xué)院地球物理系）開發(fā)的IPI2win軟件對(duì)其進(jìn)行了定量解釋，結(jié)合區(qū)域水文物探電性參數(shù)、水文地質(zhì)特征綜合解釋如下：第一層ρ1=480Ω·m，為第四系含砂礫壤土層的反映；第二層ρ2=25Ω·m，為砂巖（局部含礫）的反映；第三層ρ3=8Ω·m，為泥巖夾薄層砂礫巖的反映；第四層ρ4=16.5Ω·m，為砂礫巖夾薄層泥巖的反映；第五層ρ4=9Ω·m，為泥巖夾薄層砂礫巖的反映。

4.3 綜合斷面圖特征

從其測(cè)深剖面視電阻率斷面圖（圖2）上可以看出：視電阻率總體上隨著供電極距AB/2的增大逐漸降低，即隨著勘探深度的增大視電阻率逐漸降低。具體表現(xiàn)為：小極距時(shí)視電阻率相對(duì)較高，多在25Ω·m以上，最大達(dá)400Ω·m以上，并具有中間大兩端低的特點(diǎn)；之后隨著AB/2的增大，視電阻率總體上呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，并在AB/2為500m時(shí)降至了10Ω·m左右。

在對(duì)各測(cè)深點(diǎn)進(jìn)行綜合解釋的基礎(chǔ)上繪制了地電斷面圖。從圖（圖2）中可以看出，淺地表電性層電阻率變化較大，在5～500Ω·m之間，厚1.5～4m不等，為第四系含砂礫壤土層的反映，認(rèn)為微含水。第二電性層電阻率總體較高，在16～90Ω·m之間，厚3～30m不等，且總體上西厚東薄，為砂巖（局部含礫）的反映，認(rèn)為弱含水。第三層為低阻層，電阻率在3.5～12Ω·m之間，厚15～50m不等，埋深自西向東逐漸變淺，為泥巖夾薄層砂礫巖的反映，認(rèn)為弱含水。第四電性層電阻率較第三層略高，在14～22Ω·m之間，頂、底板埋深變化較大，厚25～150m不等，為砂礫巖夾薄層泥巖的反映，綜合分析認(rèn)為該層為本區(qū)的主要含水層，且當(dāng)其阻值相對(duì)較高時(shí)，說明砂礫巖層相對(duì)較厚，顆粒較粗，泥巖相對(duì)較薄，其含水性亦更好。第五電性層電阻率相對(duì)較低，在7.5～10.5Ω·m之間，頂板埋深兩端大中間小，為泥巖夾薄層砂礫巖的反映，認(rèn)為弱含水。

4.4 鉆探驗(yàn)證

據(jù)上述成果綜合分析認(rèn)為200～240點(diǎn)間“砂礫巖夾薄層泥巖”的富水性相對(duì)較好，可進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。后在220～230點(diǎn)間施以了DK03驗(yàn)證孔，涌水量達(dá)840m3/d，且主要含水層為60～160m之間的砂礫巖夾薄層泥巖。淺地表至-108m之間為古近系的泥巖、砂巖，-108m之下為白堊系的泥巖、砂巖。

5. 紅格爾蘇木大井重點(diǎn)區(qū)

5.1 地質(zhì)特征

該區(qū)地處巴音和碩盆地的西南邊緣，位于紅格爾蘇木北西方向約35km處。地表為第四系含砂礫壤土層所覆蓋，局地見白堊系磚紅色泥巖出露，厚度不詳，區(qū)內(nèi)雖有一深水井，但水量極?。ㄎ词占狡渌嚓P(guān)水文資料）。

5.2 電阻率測(cè)深曲線特征

各點(diǎn)測(cè)深曲線多為HKH型，大體上可分為五個(gè)電性層，且ρ1>ρ2<ρ3>ρ4<ρ5。同樣以630點(diǎn)為例（圖3）綜合解釋如下：第一層ρ1=83Ω·m，為第四系含砂礫壤土層的反映；第二層ρ2=13Ω·m，為泥巖夾薄層砂巖的反映；第三層ρ3=33Ω·m，為砂礫巖夾薄層泥巖的反映；第四層ρ4=3.4Ω·m，為泥巖、砂質(zhì)泥巖的反映；第五層ρ4=22.4Ω·m，為粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層的反映。

5.3 綜合斷面圖特征

從其測(cè)深剖面視電阻率斷面圖（圖4）上可以看出：小極距時(shí)視電阻率值相對(duì)較高，多在20～50Ω·m之間，局部（662點(diǎn)附近）地段可達(dá)350Ω·m以上；之下視電阻率值逐漸降低，形成較厚的低阻層，局部地段在AB/2為65m、100 m、150 m時(shí)可低至10Ω·m以下；AB/2大于230 m時(shí)視電阻率值又逐漸增大，多數(shù)上升到了16Ω·m以上。

從其地電斷面圖（圖4）上可以看出，淺地表層的電阻率變化較大，多在5～400Ω·m之間，厚3～9m不等，為第四系含砂礫壤土層的反映，認(rèn)為微含水。第二電性層為低阻層，電阻率多在11～18Ω·m之間，總體上具有從西南到東北逐漸變薄的趨勢(shì)，東北端最薄處僅3m，局部（662點(diǎn)附近）地段最厚處可達(dá)100m，為砂巖與泥巖互層的反映，認(rèn)為微或弱含水。第三電性層電阻率最低，在4～12Ω·m之間，形態(tài)之起伏、厚度之變化均較大，總體上具有從西南到東北逐漸變厚的趨勢(shì)，西南端最薄處僅12m，東南端最厚處達(dá)180m，局部（662點(diǎn)附近）地段頂板埋深較大，且未見底，為泥巖、砂質(zhì)泥巖的反映，認(rèn)為不含水。第四電性層電阻率多在15～28Ω·m之間，其在西南部的形態(tài)之起伏、厚度之變化較大，頂板埋深在30～130 m之間，未見底；在東北部的頂板埋深具有逐漸變大的趨勢(shì)，亦未見底，局部681點(diǎn)附近頂板埋深相對(duì)較淺，厚度較大，該電性層在640～671點(diǎn)間缺失，為粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層的反映，綜合分析認(rèn)為該層為本區(qū)的主要含水層，且當(dāng)其阻值相對(duì)較高時(shí)，說明粉砂巖、砂礫巖層相對(duì)較厚，顆粒較粗，泥巖相對(duì)較薄，其含水性亦更好。另外，在630～640點(diǎn)間的第二、第三電性層之間劃分出一局部電性層，電阻率多在20～35Ω·m之間，厚度10～15m不等，推測(cè)為粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層的反映，認(rèn)為弱含水。

5.4 鉆探驗(yàn)證

據(jù)上述成果綜合分析認(rèn)為630點(diǎn)附近“粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層”的富水性相對(duì)較好，可進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。后在其上施以了DK06驗(yàn)證孔，涌水量達(dá)1191m3/d，且85m之下的粉砂巖、砂礫巖與泥巖互層為主要含水層。淺地表至-85m之間主要為白堊系的泥巖夾薄層砂巖。

6. 其它區(qū)概述

其后，依據(jù)電阻率測(cè)深成果在吉生太鎮(zhèn)中老龍忽洞施工了DK11孔，在忽雞圖鎮(zhèn)西灘施工了DK08孔，在四子王旗烏蘭花鎮(zhèn)雙勝德施工了DK13孔，涌水量均大于500m3/d，DK13孔更是達(dá)到了2241m3/d。其中DK11的主要含水層為-60～-160m之間的新近系、白堊系的粉砂巖和砂礫巖，DK08的主要含水層為50m之下的白堊系的砂巖，DK13的主要含水層為40m之下的新近系的砂巖和砂礫巖。

7. 結(jié)束語

2014～2015年在四子王旗進(jìn)行的水文物探工作總體上來說是成功的， 且依據(jù)最新驗(yàn)證成果分別在腦木根蘇木烏蘭胡德格、紅格爾蘇木大井、忽雞圖鎮(zhèn)西灘等地圈出了幾處富水區(qū)，但也存在一個(gè)逐漸認(rèn)識(shí)的過程，只有詳細(xì)了解了不同景觀區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)特征，才能對(duì)電阻率測(cè)深曲線做出更為客觀地、精準(zhǔn)地解釋推斷，也才能更好地發(fā)揮水文物探在水文地質(zhì)勘查中的先行與獨(dú)特作用。本文是筆者在四子王旗找水實(shí)際工作中的一點(diǎn)認(rèn)識(shí)，難免存在一些不足之處，敬請(qǐng)大家指正，以便今后更好地完成水文地質(zhì)勘查工作，造福廣大農(nóng)牧民，為振興地方經(jīng)濟(jì)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 傅良魁.應(yīng)用地球物理學(xué)一電學(xué)原理〔M〕.北京： 地質(zhì)出板社，1996.