五極縱軸電測(cè)深法在青海茶卡盆地找水中的應(yīng)用

何 勝，蔣厚輝，馬文鑫

1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局 青海省環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810008；2.青海省地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院 青海九零六工程勘察設(shè)計(jì)院，青海 西寧 810008；3.廣西壯族自治區(qū)二七一地質(zhì)隊(duì)，廣西 桂林 541100

0 引言

茶卡盆地屬大陸性半干旱型氣候，北部青海南山地區(qū)由于受氣候和人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的因素影響，高山雪線(xiàn)上移，蒸發(fā)量增大，冬春干旱，致使地下水資源量減少，嚴(yán)重阻礙了農(nóng)牧區(qū)及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。如何在該地區(qū)勘查出地下水以供農(nóng)牧區(qū)灌溉、城鎮(zhèn)居民生活以及工業(yè)園區(qū)用水顯得十分必要。常規(guī)物探勘查地下水的方法較多，但都有分辨能力差，曲線(xiàn)解釋分析不直觀、周期長(zhǎng)、野外工作經(jīng)濟(jì)成本高等缺點(diǎn)，難以達(dá)到預(yù)期效果。經(jīng)過(guò)嘗試實(shí)踐對(duì)比后認(rèn)為：五極縱軸測(cè)深法不僅用于探測(cè)非層狀電性差異的地質(zhì)體，在一定地電條件下，也可以應(yīng)用于第四系似層狀有電性差異的地層，以查明有關(guān)水文地質(zhì)條件，指導(dǎo)水文鉆孔布置，是一種行之有效的物探工作手段[1-5]。

1 工區(qū)地質(zhì)概況

茶卡盆地屬新生代斷陷盆地。區(qū)域內(nèi)地層出露齊全，除缺失白堊系外其余地層均有沉積。第四系主要含水層巖性為上、中更新統(tǒng)洪積、冰水洪積砂礫卵石、泥質(zhì)砂礫卵石夾亞砂土、中細(xì)砂透鏡體，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)，分布廣泛，是主要供水目的層。區(qū)內(nèi)地下水主要接受溝谷潛流、北部、西部山區(qū)季節(jié)性洪水及基巖裂隙水的補(bǔ)給，補(bǔ)給條件較好，富水性均一，為富水-中等富水區(qū)。在山前平原中、后緣(漠河農(nóng)場(chǎng))地段為地下水的補(bǔ)給徑流區(qū)，第四系松散物表層上覆2～5 m亞砂土，水位埋藏一般較深(30～50 m)。

2 五極縱軸測(cè)深方法原理

五極縱軸電測(cè)深法的布極方法與對(duì)稱(chēng)四極電測(cè)深法不同，如圖1所示，在地面以測(cè)深點(diǎn)Α極為原點(diǎn)設(shè)直角坐標(biāo)系，供電電極位于原點(diǎn)Α，電流為+I。沿X軸在Α點(diǎn)兩側(cè)布置電流均為-1/2I的供電電極B1和B2，且令A(yù)B1=AB2=L，供電電極距L=(2-3)h(h為最大勘探深度)，測(cè)量電極距MN=(1/30-1/40)L。野外工作中測(cè)量電極M、N自A極開(kāi)始沿X軸中垂線(xiàn)方向逐點(diǎn)等距離放線(xiàn)進(jìn)行觀測(cè)，即得視電阻率ρs曲線(xiàn)，ρs=K·(ΔU/I),裝置系數(shù)K計(jì)算公式為[6-8]：

3 物性特征

充分研究分析區(qū)內(nèi)地質(zhì)、水文地質(zhì)資料,在掌握了解前人在該區(qū)工作的物探參數(shù)前提下,統(tǒng)計(jì)劃分出第四系各巖性層之間的電阻率值。一般情況下，同為地下水賦存的地質(zhì)環(huán)境不同，其地球物理特征差異較大。山前平原表層亞砂土ρs值為50～100 Ω·Μ，下覆巖性砂礫卵石ρs值為250～600 Ω·Μ(不含水)，砂礫卵石ρs值為250～350 Ω·Μ(含水)，泥質(zhì)砂礫石ρs為150～250 Ω·Μ(含水)?？梢?jiàn)松散物由于受巖性顆粒、泥砂質(zhì)含量、含水量等因素的制約影響，各巖性層之間電性差異仍較明顯，這種電性差異為劃分巖性界面、水位埋深及相對(duì)較薄的地層(厚度)、位置等提供了良好的地球物理前提條件。

圖1 五極縱軸測(cè)深電極裝置圖

4 測(cè)深資料解釋方法

對(duì)五極縱軸電測(cè)深曲線(xiàn)的解釋比較容易和直觀，曲線(xiàn)折變點(diǎn)反映了地下巖性電性變化點(diǎn)。曲線(xiàn)解釋過(guò)程中，首先確定曲線(xiàn)上的折變點(diǎn)，求取各折變段的ρs平均值，并對(duì)曲線(xiàn)折變點(diǎn)(段)賦于對(duì)應(yīng)地層巖性[8]，綜合判定異常范圍(厚度)，再對(duì)測(cè)深點(diǎn)資料進(jìn)行對(duì)比、分析，尋找出富水構(gòu)造或巖性引起的物探異常。因此，解釋工作前必須了解工區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征，對(duì)測(cè)深點(diǎn)下不同地質(zhì)的電阻率變化范圍大體上有一定認(rèn)識(shí)，對(duì)可能出現(xiàn)的各種異常特征要有一個(gè)相對(duì)明確的初步估計(jì)和判斷。結(jié)合地形地貌及水文地質(zhì)條件，正確認(rèn)識(shí)各巖層電性差異特征概念(概況)，是縱軸電測(cè)深資料解釋工作的重要環(huán)節(jié)[1-2]。

5 五極縱軸測(cè)深結(jié)果

5.1 五極縱軸測(cè)深實(shí)測(cè)效果

在水文地質(zhì)調(diào)查勘探中，所投入的鉆探工作量是有限的，一般情況下，一條勘探剖面只有1～2個(gè)鉆孔，是難以控制地層變化規(guī)律的，加用縱軸測(cè)深可以獲得較滿(mǎn)意的結(jié)果?，F(xiàn)已茶卡盆地五極縱軸測(cè)深2線(xiàn)為例，來(lái)說(shuō)明該方法找水的有效性和可靠性。2線(xiàn)位于茶卡盆地哈爾郭勒，剖面長(zhǎng)600 m，布設(shè)7個(gè)測(cè)深點(diǎn)，點(diǎn)距100 m，視電阻率測(cè)深曲線(xiàn)見(jiàn)圖2，由圖2可知，只有1號(hào)和13號(hào)測(cè)點(diǎn)深部視電阻率曲線(xiàn)上翹，結(jié)合周邊基巖出露情況，推斷為花崗巖地層之反映。

圖2 2線(xiàn)五極縱軸測(cè)深視電阻率曲線(xiàn)圖

圖3 2線(xiàn)五極縱軸測(cè)深綜合成果圖

2線(xiàn)五極縱軸測(cè)深綜合成果圖如圖3所示，由其視電阻率斷面圖可知，該剖面第四系厚度中間厚，兩邊薄，且自上而下分布亞砂土、砂礫卵石、泥質(zhì)砂礫卵石層狀明顯，分層清晰。主要含水層為砂礫卵石、泥質(zhì)砂礫卵石層，故推薦孔位在含水層最厚的2線(xiàn)9號(hào)點(diǎn)位置。

5.2 五極縱軸測(cè)深與鉆探結(jié)果比較

圖4 TK1孔五極縱軸測(cè)深與鉆探成果對(duì)比圖

圖4是茶卡盆地TK1號(hào)孔縱軸電測(cè)深曲線(xiàn)。在4～30 m深度范圍內(nèi)，曲線(xiàn)特征為視電阻率ρs值明顯偏高(高阻值特征)，是顆粒較粗、孔隙較大以砂礫卵石層為主的電性反映，尤其在30 m處深度曲線(xiàn)ρs最大值特征十分明顯，呈高值尖峰狀(ρs值為600 Ω·Μ)，向下依次ρs值漸緩偏低，接觸界面反映特別清晰、直觀，高低峰值由淺到深漸變明顯，判斷是地下水位埋深變化點(diǎn)(折變處)，推測(cè)水位埋深約30 m，鉆探成井后靜止水位32 m，說(shuō)明利用ρs曲線(xiàn)折變點(diǎn)大致判斷水位線(xiàn)比較準(zhǔn)確、可靠，誤差值較小。深度48～51 m對(duì)應(yīng)中阻值尖峰狀ρs曲線(xiàn)為薄層含泥砂礫石層的電性反映，51～92 m段曲線(xiàn)呈現(xiàn)鋸齒狀跳躍變化，盡管電阻率值有所跳動(dòng)(躍變)，但幅值不大，較穩(wěn)定，推測(cè)是大厚度的次高阻粗粒泥質(zhì)砂礫卵石含水層，92～100.5 m段相對(duì)低阻值電阻率75 Ω·Μ左右尖峰狀ρs曲線(xiàn)代表間夾一定厚度(約8 m)的亞砂土隔水層，深度100.5 m以下電阻率在200 Ω·Μ左右ρs中阻值曲線(xiàn)異常特征反映為泥質(zhì)砂礫石弱含水層。鉆探取芯結(jié)果表明：32～92 m段是地下水較富集的有利地段(該井涌水量達(dá)1 250 m3/d)，與縱軸測(cè)深曲線(xiàn)折變點(diǎn)解釋電阻率參數(shù)值巖性對(duì)應(yīng)(深度)厚度變化范圍基本一致，與實(shí)際水文地質(zhì)條件也比較吻合，充分說(shuō)明縱軸測(cè)深具有較高的垂直分辨地質(zhì)目標(biāo)體的能力，對(duì)選擇井位(不打干孔)、鉆探施工具有積極的前期指導(dǎo)作用。

6 結(jié)論

(1)通過(guò)五極縱軸測(cè)深法，在工區(qū)確定了巖性分布和含水層埋深位置，后經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證，與成果相吻合，說(shuō)明該方法在第四系似層狀地層找水中是合理有效的。

(2)在一定地電條件下，對(duì)似層狀地質(zhì)體仍具有分辨能力強(qiáng)，曲線(xiàn)直觀，解釋簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用五極縱軸電測(cè)深能否取得滿(mǎn)意的效果，關(guān)鍵在于勘探深度、布極和測(cè)量電極距MN的選擇，當(dāng)MN>4 m,勘探深度超過(guò)100 m時(shí),其分辨能力較低,效果不佳。

(3)五極縱軸測(cè)深在50 m以?xún)?nèi)能發(fā)現(xiàn)、探測(cè)(探明)到較薄(小于1 m)的地層或較小的地質(zhì)體，同時(shí)在劃分巖性、提供水文地質(zhì)柱狀資料，特別是在鉆探前能提供地下水位，為電阻率測(cè)井提供參數(shù)方面，具有非常重要的指導(dǎo)意義。

(4)五極縱軸測(cè)深為電法類(lèi)方法中的“鉆探”，但由于在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量電極MN沿地表移動(dòng)，地表淺部介質(zhì)橫向變化會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果，因此，其測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡可能地布置在地形平坦、地表土質(zhì)均勻地段。進(jìn)而要求施工前必須了解掌握好工區(qū)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及地形地貌特征，從而提高其方法效果，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。