地下水地球物理勘查技術(shù)模式

  地下水，從儲存介質(zhì)方面可分為孔隙水、裂隙構造水、巖溶構造水。無(wú)論哪種類(lèi)型的地下水，其勘查步驟一般有以下兩個(gè)方面：首先判斷地下水儲存體的空間分布特征，包括松散含水層埋深、厚度及其巖性，蓄水構造產(chǎn)狀、性質(zhì)及其規模等；其次，要分析判斷地下水儲存體的富水性，進(jìn)而確定宜井孔位。地下水地球物理勘查技術(shù)方法較多，包括重、磁、電、震等幾十種方法，尋求一種有效、快速的勘查技術(shù)模式是提高地下水勘查工作效率的重要保障。從地下水勘查要解決的具體問(wèn)題出發(fā)，選用音頻大地電磁測深法（ ＥＨ４電導率成像系統）和激發(fā)極化法組合，形成一種有效、快速的地下水勘查技術(shù)模式，具有理論依據和實(shí)現的可行性，前者可精細查明地下水儲存體的空間分布特征，后者可分析判斷地下水儲存體的富水性。

 

  １ 技術(shù)方法原理簡(jiǎn)介

 

  ＥＨ４電導率成像系統是由美國ＧＥＯＭＥＴＲＩＣＳ和ＥＭＩ公司聯(lián)合生產(chǎn)的。該系統屬于部分可控源與天然場(chǎng)源相結合的一種大地電磁測深系統，觀(guān)測的基本參數為時(shí)間域正交的電場(chǎng)分量Ｅｘ、Ｅｙ和磁場(chǎng)分量Ｈｘ、Ｈｙ，通過(guò)頻譜分析及一系列運算，求得不同頻率的視電阻率，通過(guò)改變頻率可以達到測深的目的。該系統由于配置不同而具有不同的勘探深度，其基本配置（頻率為１０～１００Ｈｚ）的勘探深度為幾十至一千多米，低頻配置（頻率０．１Ｈｚ～１ｋＨｚ）的勘探深度達３０００多米。在地下水勘查方面主要用于劃分地層巖性，確定含水體埋深、厚度，查明構造規模、性質(zhì)、產(chǎn)狀及其裂隙發(fā)育程度等。

 

  激發(fā)極化法找水通常被人們認為是一種直接找水方法，其基本原理是：利用人工場(chǎng)（稱(chēng)之為一次場(chǎng)），激發(fā)地質(zhì)體，產(chǎn)生極化場(chǎng)（稱(chēng)之為二次場(chǎng)），通過(guò)測量反映二次場(chǎng)振幅大小及衰減快慢的視電阻率、半衰時(shí)、極化率、綜合參數等物理參數，來(lái)判斷含水體富水性。

 

  ２ 組合模式

 

  ２．１ 組合原則

 

  音頻大地電磁測深法（ＥＨ４電導率成像系統）工作效率高，是一種快速有效的、可連續勘查較大深度地質(zhì)體的技術(shù)方法，而激發(fā)極化法相對來(lái)說(shuō)工作繁瑣，效率低，因此，二者組合原則是：首先用ＥＨ４電導率儀器快速進(jìn)行剖面勘查工作，查明地下含水體的空間分布特征，圈定異常區，然后在異常點(diǎn)進(jìn)行激發(fā)極化測量，從而判定含水體富水性。

 

  ２．２ 工作原則

 

  音頻大地電磁測深剖面垂直地質(zhì)構造走向，選擇不同極距（ＭＮ分別為１５、２５、３０、５０ｍ等）工作方式。為準確確定斷層走向、傾斜和孔位定位，點(diǎn)距應根據不同地下水類(lèi)型而確定，孔隙類(lèi)地下水的測量點(diǎn)距可適當大些，一般可為５０～１００ｍ，構造類(lèi)地下水的點(diǎn)距要小，一般１ ０～３０ｍ較好。激發(fā)極化法要選用合理有效的工作方式，其裝置類(lèi)型應結合實(shí)際情況而確定，一般可采用等比裝置。關(guān)健技術(shù)之一是采用不極化電極，電極極差穩定且小。

 

  ２．３ 資料解釋原則與孔位的確定

 

  在進(jìn)行資料解釋之前，應做好以下幾個(gè)方面的工作：①熟悉和了解工作區的地質(zhì)、 水文地質(zhì)條件，首先了解地層巖性、地質(zhì)構造的分布情況，還要分析水文地質(zhì)條件，地下水的補給、排泄、徑流條件以及尋找地下水儲存最好的場(chǎng)所；②分析判斷ＥＨ４電導率圖像的電阻率曲線(xiàn)的異常性質(zhì)，在不同巖性體反映的視電阻率數值是不同的，應結合地質(zhì)資料，分析判別引起電阻率數值變化的主要原因；③認真分析激電異常，去假存真，尤其是多個(gè)激電參數的對應關(guān)系，若各個(gè)參數都在相應部位存在異常，說(shuō)明其可靠性好，結合地質(zhì)資料，就可以確定孔位。 音頻大地電磁測深法的資料解釋是以測量的地層電阻率值為依據。對于松散含水體，以尋找顆粒較粗的細砂、中細砂、粗砂等為主要目標體，反映電阻率值為高值特征；而對于裂隙構造水、巖溶水，以尋找裂隙發(fā)育程度高、斷層破損程度高的低電阻率值為主要目標體。

 

  判斷電阻率值的高低要考慮以下因素：一是區域地層巖性背景電阻率值的大小，所謂的高低只是相對背景值而言；二是區域地下水礦化度值，礦化度大小也是決定地層電阻率高低的重要影響因素之一，必須加以綜合分析與判斷；三是區域環(huán)境影響因素，如地形起伏、電力線(xiàn)、游散電流、地下金屬管道等，都會(huì )造成電阻率值具有較大誤差。因此，對所得資料必須加以綜合判斷，采用相應的資料處理手段，以保證所測電阻率的真實(shí)性。 對于含水巖層（帶），激發(fā)極化法的各個(gè)參數中，視電阻率反映為低值異常，而極化率、半衰時(shí)、衰減度、綜合參數均反映為高值。若某些參數反映為高值，另一部分反映為低值，則說(shuō)明含水巖層（體）充填泥質(zhì)成分，出水量將會(huì )降低。

 

  孔位的確定以ＥＨ４電導率圖像曲線(xiàn)為主，結合激電異常參數綜合考慮。對于松散孔隙類(lèi)地下水，孔位一般布置在埋深相對較小、富水性好的地段，對于構造類(lèi)地下水，孔位一般布置在裂隙發(fā)育、破損程度高以及富水性好的地段，包括張性斷層的上盤(pán)或者逆性斷層的迎水盤(pán)（或影響帶）等。一些大的斷層，往往富水性并不好，一般次級構造較為富水。因此，孔位的確定要依據水文地質(zhì)條件，結合物探成果綜合考慮。

 

  ３ 應用實(shí)例

 

  西南滿(mǎn)村位于保定市西部順平縣，該村坐落于灰巖分布區，地形大致平坦，第四系覆蓋為１００～１５０ｍ，主要巖性為震旦系白云巖。由于受多次構造的影響，存在一條規模較大（稱(chēng)之為山前大斷層）的斷層，斷層寬度約１００ｍ且延伸遠，走向為北東向，大部分被黏土或風(fēng)化物充填。從水文地質(zhì)條件判斷，該區域有比較豐富的地下水，但從地表無(wú)法判斷斷層的位置，不能確定具體孔位。本次采用上述勘查技術(shù)模式進(jìn)行野外勘查，取得了成功。 圖１的電阻率剖面為ＥＨ４電導率成像系統勘查數據經(jīng)隨機附帶的反演軟件進(jìn)行擬反演后的結果。圖中可以看出，在埋深１００ｍ、水平位置１００m處存在高值電阻率與低阻電阻率拐點(diǎn)，反映為斷層影響帶，推斷該處斷層破碎帶發(fā)育良好。 從激發(fā)極化勘查結果（圖２）可見(jiàn)，視電阻率ρｓ在ＡＢ／２為１３０～１７０ｍ范圍內，激化率ηｓ分別在ＡＢ／２為５０、６５、１００、１３０ｍ附近存在３處高值異常，而半衰時(shí)Ｓｔ和綜合參數ｍ分別為１７０～２００ｍ的范圍出現高值異常。綜合３個(gè)激電參數高值異常分析，推斷剖面１００ｍ處斷層富水性好。因此，在ＥＨ４電導率成像圖１００ｍ處布設１個(gè)孔位。鉆探表明０～６５ｍ為第四系，７０～９０ｍ為第三系，１３０～２２０ｍ為震旦系白云巖裂隙發(fā)育，終孔２２０ｍ，出水量達 １００ｍ３／ｈ，水量豐富，解決了該村農田用水問(wèn)題。

 

  ４ 結語(yǔ)

 

  通過(guò)理論和實(shí)踐表明，音頻大地電磁測深法與 激發(fā)極化法組合勘查地下水技術(shù)模式是一種可行有效的技術(shù)手段。發(fā)揮音頻大地電磁測深法具有的快速高效、準確查明地下水儲存體的空間分布特征、圈定異常范圍的優(yōu)勢，再利用激發(fā)極化法綜合參數可定量判斷富水性的特點(diǎn)，結合水文地質(zhì)條件，即可確定宜井孔位。二者組合是一種行之有效的地下水勘查技術(shù)模式。