激電測深法在礦區(qū)水文地質(zhì)普查中的應(yīng)用

趙建糧

（河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450053）

1 地質(zhì)概況

勘查礦區(qū)的含水層巖性以奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主。由于經(jīng)歷了長期、多次構(gòu)造運(yùn)動，構(gòu)造形跡以斷裂為主，褶皺不發(fā)育。按斷裂特征和空間展布規(guī)律可劃分為北北東向、北東向和近東西向三組。由任村—西平羅大斷裂、青羊口大斷裂和湯東斷裂組成太行山東麓深斷裂帶，控制礦區(qū)地質(zhì)活動和新生代斷陷盆地的形成。

2 研究礦區(qū)的地球物理特征

電阻率法是以研究地下地質(zhì)體的電阻率差異為基礎(chǔ)的勘探方法，通過觀測和研究人工建立的地中穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律從而來達(dá)到找礦或解決某些地質(zhì)問題。影響礦石電阻率變化的因素很多，既有礦石骨架的電阻率差異的影響，也有來自礦石孔隙或裂隙中充填物質(zhì)的影響。

對于松散的沉積物雖然電阻率與礦物特性、富水性、礦化度有一定關(guān)系。但干的砂礫石電阻率很高，可高達(dá)數(shù)百歐姆米，而飽水的砂礫石電阻率會顯著下降，在同樣飽水的情況下，粗顆粒的砂礫石電阻率比細(xì)顆粒的粉、細(xì)砂高。研究礦區(qū)西部為低山區(qū)，基巖埋深較淺，部分出露，為奧陶系灰?guī)r，中部、東部淺部為第四系，巖性主要為沖積、洪積、坡積的粉質(zhì)粘土、粉土、粉細(xì)砂、卵礫石層等，深部為含礫粉砂巖及灰?guī)r等。

本次物探工作主要查明的目的層奧陶系灰?guī)r，相對其埋藏深度而言具有一定的規(guī)模和厚度，與其上覆的粘土、砂卵石層電性差異明顯，因此，采用電阻率法勘探可取得明顯的地質(zhì)效果。激電參數(shù)對松散含水層、粘土類及完整基巖、不完整基巖也有明顯差異。統(tǒng)計本區(qū)物探資料及已知井旁測深資料，可知各類礦物特性電阻率及極化率測試常見值如下：

表1 不同礦物特性對應(yīng)電阻率及極化率表

3 工作方法

根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合地質(zhì)情況采用對稱四激電測深法。為保證曲線首枝達(dá)到漸近線并滿足探測深度要求，選擇最小供電電極距（AB/2）3米，最大供電電極距500米。布設(shè)對稱四極激發(fā)極化測深勘探線3條，分布于工區(qū)的東，中，西部，均為近南北走向，線距最近處7公里，最遠(yuǎn)處18公里，點距200米，共布設(shè)對稱四極激發(fā)極化測深點600個，其中質(zhì)量檢查點19個，總線長約126km。

直接測取視電阻率ρs和視激發(fā)極化率ηs（共四個時段 :1200ms～400ms，2400ms～600ms，3600ms～800ms，4800ms～1000ms）依據(jù)衰減曲線計算出綜合參數(shù)ZP、半衰時TH、衰減度D。

4 成果解釋及分析

本次勘探工作需要查明0m～300m以內(nèi)巖溶水富水分布規(guī)律，查明形盆—水峪斷層阻水性和透水性。為此，分別完成了測區(qū)等ρs、ηs斷面圖、視電阻率測深曲線類型分區(qū)圖、等極距(AB/2=210m、300m、400m)ρs、ηs等值線平面圖。統(tǒng)計分析72個對稱四級激發(fā)極化點，主要曲線類型可以歸納為：A型、HA型、HK型、AK型、H型、Q型、K型、“一”型等特征曲線類型。從曲線類型分布圖（圖1）可以直觀看出，AK類型曲線西側(cè)邊界近南北走向，應(yīng)為青羊口斷裂。而且東部AK型區(qū)域尾支下降，ρs值較小，反映覆蓋層較厚，說明為下降盤。

圖1 激發(fā)極化測深曲線類型分布圖

根據(jù)ρs等值線斷面圖，可以劃分剖面走向上不同深度的地層結(jié)構(gòu)，區(qū)分覆蓋層和基巖的界限，查明斷裂構(gòu)造的分布情況。ηs值的高低定性反映地層賦水性，ηs等值線斷面圖可以將明顯的極化率異常圈出，從而劃出富水位置及區(qū)域。

圖2 AB/2=300m時，ρs、ηs等值線斷面圖

從ρs等值線斷面圖看，西部均為高阻值反映，對應(yīng)為基巖，對比ηs等值線斷面圖，該區(qū)域ηs的值較低，說明基巖較為完整。在斷面圖東部ρs較低，對應(yīng)為基巖破碎帶或松散覆蓋層，對比ηs等值線斷面圖，在東部4線6-8號點的200米以下、5線7-9號點50-500米、6線7-11號點100米以下、7線4-8號點200米以下，ηs的值都比較大，推測含有較為豐富礦井水或松散層水。在4線5-6號點之間和6線5號點，ρs等值線比較陡峭，推測有斷裂從位置通過，走向為北東約200，傾角約80°，為正斷層，應(yīng)為青羊口斷裂。10、11線布設(shè)為北東向17°，ρs等值線在2、3號點之間陡立，南側(cè)較大，北側(cè)較小，對應(yīng)ηs的值均在1號點較大，富水性應(yīng)較好。推測有斷裂從此位置通過，近東西走向，為正斷層。斷層北側(cè)為下降盤，富水性較好，為透水層，南側(cè)為阻水層。

從AB/2=300、400米的ρs等值線圖上還可以看出，測區(qū)東部的ρs值較大，隨AB/2加大，ρs值隨之增大，該區(qū)域深部為基巖分布，且埋深較淺；中部及東部ρs值較低，且埋深較大，推測為基巖破碎帶或覆蓋層。對應(yīng)AB/2=210、300、400米的ηs等值線圖，在中部的王灘、郭灣、朱家、大李莊一帶，在三個深度的ηs值較高，尤其在AB/2=210m，王灘、朱家的ηs值達(dá)到3.0，地質(zhì)發(fā)育良好。

圖3 推測礦區(qū)水文資源分布圖

測區(qū)地貌上為西高東低，從西往東依次為低山、崗丘、緩傾斜平原，水源補(bǔ)給自西向東，儲水地層主要為奧陶系灰?guī)r，中東部近南北走向青羊口大斷裂為正斷層，屬壓扭性斷裂。具備水文發(fā)育的地質(zhì)條件。結(jié)合定性分析和激發(fā)極化測深點定量分析，劃定水文發(fā)育區(qū)區(qū)域。通過水文地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探，綜合地層富水性和經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實等因素，成功實現(xiàn)探采結(jié)合井，涌水量25～50m3/h。

5 結(jié)論

通過電法勘探，基本查明了影響礦區(qū)水文發(fā)育的兩個斷層的性質(zhì)，掌握了淺層含水層結(jié)構(gòu)，各含水層的分布范圍、厚度、埋深、富水性等，圈定井下富水層段以及淺層含水礦體的邊界條件及底板形態(tài)。配合水文地質(zhì)測繪和鉆探，提高了礦區(qū)水文普查精度，提高鉆探效果并優(yōu)化了鉆探工作量?？傊谒目碧街?，對稱四極激發(fā)極化測深法作為傳統(tǒng)的物探方法效果好，成本較低，是一種切實可行的勘探方法。