綜合物探方法在鳳陽(yáng)石灰?guī)r地區(qū)水資源勘查中的應(yīng)用

朱文科

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局三一二地質(zhì)隊(duì)，安徽蚌埠 233040）

0 引言

在工程地質(zhì)勘查中，選擇合適的勘查方法，在提高勘查效率的同時(shí)，還能節(jié)約勘查成本。物探方法主要有重、磁、電、震四大類[1]，在地下水資源勘查領(lǐng)域均有涉及。傳統(tǒng)電法勘查中，高密度電法因布線快、測(cè)量快、出圖快、斷面成果豐富等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工程勘查。電阻率聯(lián)合剖面法在布線、測(cè)量和斷面成果信息量均不及高密度電法，但因其特殊測(cè)量原理，在地層界限劃分、含水?dāng)鄬幼R(shí)別、地層傾向判斷等方面效果突出，是淺覆蓋平原區(qū)地下水資源勘查的有效技術(shù)手段。將高密度電法和電阻率聯(lián)合剖面法組合在一起，通過(guò)綜合測(cè)量，不但能夠相互驗(yàn)證測(cè)量成果，去除假異常和干擾異常，還能夠進(jìn)行成果互補(bǔ)，達(dá)到客觀、全面掌握工作區(qū)地質(zhì)特征的目的。

1 方法介紹

1.1 高密度電法原理

高密度電法是以地層巖性差異為物性基礎(chǔ)，通過(guò)人工施加穩(wěn)定電場(chǎng)，接收地下傳導(dǎo)電流分布信號(hào)，進(jìn)而間接獲取地層電性特征的一種勘查方法。高密度電法與傳統(tǒng)電法基本原理相同，其主要優(yōu)點(diǎn)有三個(gè)方面：一是能根據(jù)測(cè)量需要，一次性布設(shè)所有電極，省去了跑極、移動(dòng)工作站等步驟，降低了電法測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度；二是測(cè)量信息豐富，在一個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)，通過(guò)供電電極與測(cè)量電極不斷變換測(cè)量，最終測(cè)量結(jié)果涵蓋測(cè)線斷面完整信息；三是通過(guò)移動(dòng)電極進(jìn)行長(zhǎng)剖面觀測(cè)，針對(duì)一些長(zhǎng)測(cè)線，一個(gè)測(cè)量周期無(wú)法測(cè)量完，可沿測(cè)線整體移動(dòng)電極進(jìn)行滾動(dòng)式測(cè)量，最終完成整條測(cè)線測(cè)量工作。高密度電法儀器及解釋軟件發(fā)展成熟，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集和資料處理及反演。

高密度電阻法測(cè)定地下介質(zhì)的電阻率公式如下：

式中，ρs為視電阻率（單位為Ω·m）；K為電極系數(shù)；ΔV為測(cè)量電極M、N之間的電位差（單位為mV）；I為電流強(qiáng)度（單位為A）。

1.2 電阻率聯(lián)合剖面法原理

電阻率聯(lián)合剖面法其實(shí)是由兩個(gè)三極裝置聯(lián)合而成，因此其工作原理即三極裝置工作原理，在工程地質(zhì)勘查領(lǐng)域，通過(guò)聯(lián)合剖面法可以調(diào)查兩方面地質(zhì)問(wèn)題：一是探測(cè)差異化巖性分界面；二是探測(cè)含水構(gòu)造裂隙。其工作原理如下：

在探測(cè)差異化巖性分界面方面：假定存在產(chǎn)狀較陡或近乎直立的巖性分界面，分界面兩側(cè)電性存在明顯差異，三極裝置AMN沿垂直巖性界面方向探測(cè)，在探測(cè)裝置距離巖性界面較遠(yuǎn)時(shí)，地中電流分布平滑均勻，電阻率曲線光滑，反映探測(cè)地巖石電性特征。當(dāng)三極裝置AMN逐漸靠近巖性分界面，接收電極MN位于巖性界面時(shí)，電阻率存在躍變。由電阻率躍變特征可以確定巖性差異分界面。三極裝置MNB反映的電阻率曲線特征與AMN裝置類似，不再贅述。

在探測(cè)含水構(gòu)造裂隙方面：視電阻率聯(lián)合剖面探測(cè)含水構(gòu)造的依據(jù)是找電阻率曲線正交點(diǎn)，所謂正交點(diǎn)，即在交點(diǎn)所在測(cè)線小號(hào)點(diǎn)一側(cè)存在在交點(diǎn)所在測(cè)線大號(hào)點(diǎn)一側(cè)存在正交點(diǎn)所在位置正是含水構(gòu)造裂隙位置[1～2]。

2 實(shí)例分析

2.1 工作區(qū)地球物理特征

工作區(qū)大部被第四系覆蓋，第四系巖性主要由黏土及粉質(zhì)黏土構(gòu)成，視電阻率小于10Ω·m，厚度1～5m。下伏前寒武系淮南群九里橋組。九里橋組巖石類型主要有兩類：第一類是泥質(zhì)灰?guī)r，厚度10～20m，巖石質(zhì)地致密、孔隙度小，視電阻率低阻特征明顯，是良好的隔水層；第二類是粉砂質(zhì)灰?guī)r，厚度15～110m，視電阻率值23～984Ω·m，視電阻率高阻特征明顯，粉砂質(zhì)灰?guī)r在構(gòu)造裂隙作用下，能夠形成巖溶孔洞等儲(chǔ)水區(qū)，是本次物探勘查的重點(diǎn)區(qū)，其巖石物性特征見表1。根據(jù)該地區(qū)巖石物性特點(diǎn)，本次物探找水工作重點(diǎn)有兩個(gè)：一是查明工作區(qū)構(gòu)造裂隙發(fā)育類型及位置；二是查明工作區(qū)粉砂質(zhì)灰?guī)r分布。

表1 工區(qū)地層及巖石物性Table 1.Physical properties of strata and rocks in the work area

2.2 物探工作布置

本次測(cè)線布置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探情況布設(shè)，共8條高密度電法剖面（圖1），線距100～400m，點(diǎn)距2m，采用120根電極測(cè)量，測(cè)線布設(shè)垂直測(cè)區(qū)構(gòu)造走向。高密度電法儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A。該儀器具有體積小、功耗低、操作方便靈活、測(cè)量參數(shù)多、資料解釋方便等特點(diǎn)。

圖1 電法測(cè)量工作布置圖Figure 1.Arrangement of measurement work by electrical method

高密度電阻率法測(cè)量前，在測(cè)量點(diǎn)位不變情況下，分別采用溫納裝置和施倫貝謝爾裝置進(jìn)行測(cè)量。采用溫納裝置反演結(jié)果均方根誤差為4.9%，采用施倫貝謝爾裝置反演結(jié)果均方根誤差為3.1%，因此工作區(qū)高密度電法測(cè)量采用施倫貝謝爾裝置。

工作區(qū)位于鳳陽(yáng)山區(qū)，部分測(cè)線位置巖石裸露，電極接地效果較差，通過(guò)取黏土固定電極，待接地電阻穩(wěn)定后測(cè)量，能夠有效消除接地電阻大、測(cè)量不佳的問(wèn)題。

2.3 物探異常特征分析及地質(zhì)解譯

圖2是2線物探異常推斷圖。從電阻率聯(lián)合剖面測(cè)量成果可以看出，2線斷面900～1200點(diǎn)視電阻率均值為50Ω·m，1200～1500點(diǎn)視電阻率均值為400Ω·m，即以1200點(diǎn)為界，視電阻率存在明顯躍變現(xiàn)象，推測(cè)1200點(diǎn)為巖性差異化分界面F1。結(jié)合地質(zhì)資料，認(rèn)為1200點(diǎn)以南區(qū)域?yàn)殡娮杪手递^低的泥灰?guī)r地層，1200點(diǎn)以北區(qū)域是電阻率值較高的粉砂質(zhì)灰?guī)r地層。通過(guò)OA=OB=70m、MN=20m裝置與OA=OB=110m、MN=20m裝置往返測(cè)量，發(fā)現(xiàn)后者電阻率躍變位置向南移動(dòng)，但移動(dòng)幅度較小，說(shuō)明該巖性分界面產(chǎn)狀較陡。從高密度電法測(cè)量結(jié)果可以看出，以1200點(diǎn)為界，1200點(diǎn)以南視電阻率均值為50Ω·m，1200點(diǎn)以北視電阻率均值為400Ω·m，同樣可以說(shuō)明1200點(diǎn)存在巖性差異化分界面。1060點(diǎn)位置兩側(cè)電阻率差異化暗示存在斷層F2。

圖2 2線綜合物探成果圖Figure 2.Combined geophysical results of line 2

圖3是3線高密度電法綜合成果圖。以1200點(diǎn)為界，南側(cè)為泥灰?guī)r、北側(cè)為粉砂質(zhì)灰?guī)r。1300～1340點(diǎn)灰?guī)r區(qū)，視電阻率低值異常明顯，推測(cè)為灰?guī)r區(qū)含水巖溶裂隙[3～6]。

圖3 3線高密度電法測(cè)量成果圖Figure 3.Measurement results of high-density electrical method of line 3

鉆探資料顯示，前期推測(cè)的F1、F2及巖溶裂隙區(qū)均得到驗(yàn)證，說(shuō)明利用電阻率聯(lián)合剖面法結(jié)合高密度電法進(jìn)行工程地質(zhì)勘查，探測(cè)巖性分界面、構(gòu)造裂隙及巖溶區(qū)是可靠的。

3 結(jié)論

（1）利用電阻率聯(lián)合剖面法結(jié)合高密度電法進(jìn)行工程地質(zhì)勘查，探測(cè)巖性分界面、構(gòu)造裂隙及巖溶區(qū)是可行的。

（2）物探方法種類繁多，單一方法存在多解性問(wèn)題，只有通過(guò)多種方法相互驗(yàn)證，才能更好地進(jìn)行地質(zhì)解譯。

（3）聯(lián)合剖面法測(cè)量結(jié)果受地形因素影響較大，因此在山區(qū)或丘陵地區(qū)水資源勘查工作中，該方法所得結(jié)果只能作為輔助成果。