激电测深法在水源地普查中的应用

周运兴，焦红军，张 晋，郝学峰，王建中

(1.河南省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质队，河南 郑州 450053;2.河南省地质调查院，河南 郑州 450001)

激电测深法在水源地普查中的应用

周运兴1，焦红军2，张 晋1，郝学峰1，王建中1

(1.河南省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质队，河南 郑州 450053;2.河南省地质调查院，河南 郑州 450001)

激电测深法作为一种传统的电法勘探手段，在水源地普查中起了重要的作用。利用对称四极激发极化测深法，结合钻探及测井成果，能够查明浅层含水层的结构、含水层的分布范围、厚度、埋深，推断水源地的富水性、导水系数等，提高了水文普查精度，提高钻探效果和减少了钻探工作量。以沿黄城市后备水源地(郑州东区)为例，介绍对称四极激发极化法在水源地中的应用。

激电测深法;沿黄城市;水源地;普查

随着城市规模的扩大，城市供水压力日益加大，为城市发展规划提供水资源依据，在沿黄地区开展水文地质调查，勘查评价地下水资源量，提供建议勘查开发的城市后备水源地。物探在水源地的勘探中，起了重要的作用。查明浅层含水层结构，各含水层的分布范围、厚度、埋深、富水性、导水系数等，圈定地下水富水段以及浅层含水岩体的边界条件及底板形态，配合水文地质测绘和钻探，提高水文普查精度，提高钻探效果和减少钻探工作量。

1 概况

1.1 自然地理概况

郑州东区水源地位于中牟县东北东漳－狼城岗黄河大堤内，地形平坦，地势整体趋势为西高东低，微向北东倾斜，北部黄河自西向东紧邻测区北侧横贯全区，地面标高在73～88 m之间。地貌类型主要为堆积地貌，其形态有黄河漫滩和黄泛平原。

1.2 地质概况

1.2.1 地层岩性

黄河下游平原及周边地区的地层自太古界至新生界均有出露。现主要对平原区一定深度内分布的新近纪以来的堆积地层简述如下:

新近系(N):出露于山前，主要为河流－湖泊相沉积。岩性为较松散或半胶结状的砂岩、砂砾岩、泥灰岩和泥岩。平原区广泛被第四系所覆盖，岩性为泥岩夹各类砂层，深供水井和地热井均揭露到该层。

第四系(Q):黄河下游广泛分布第四系，厚度较大。开封凹陷中心厚度达400m以上。

1.2.2 地质构造

本区地跨华北台坳的济源 －开封坳陷、东明断陷、济阳坳陷及鲁西台隆的鲁西隆起等构造单元。区域主要断裂有:NNE、NE向的长垣断裂、黄河断裂、聊兰断裂、曹县断裂、巨野断裂;EW、NW向的有新乡 －商丘断裂、郑汴断裂、荷泽断裂等，均为活动性深大断裂。

1.3 水文地质条件

黄河下游平原广泛分布新生代新近纪和第四纪松散堆积物。松散层中夹有较多的各类砂层，这些砂层构成本区主要含水层，赋存有较丰富的地下水资源。由于各含水层埋藏深度、厚度、形成时代、成因和平面上所处位置不同，使得含水层的岩性、胶结程度、富水性，地下水的化学成份等存在很大差异，由于地下水均赋存于松散层的孔隙中，所以本区地下水含水类型均为松散岩类孔隙水。

1.4 地球物理特征

工作区主要目的层为黄河沉积的松散砂层、砂砾石层。相对埋深而言具有一定的厚度和规模，特别是浅层含水层组，分选性好，透水性强，与隔水的粘土岩类电性差异明显，具备地球物理勘探的前提。

统计工作区的物探资料，可知各类岩性电性参数常见值(表1)。

表1 不同岩性电性参数常见值表

激电参数与松散层岩性颗粒度有关。整体上颗粒度大，导水性好，则激电参数高。颗粒细，激电参数低。另一方面，激电参数与松散层沉积条件有一定的关系。颗粒度相近的地层，深部形成时期早，砂层相对致密，激电参数高。浅部地层相对较疏松，地下水径流量大，砂层激电参数略低。

综上所述，在本区采用激电测深法勘探，工作设计得当，并注意剔除干扰，是能够解决所要查明的地质问题的。

2 工作方法

野外采用对称四级激电测深法。结合实际地质情况，为保证曲线首枝达到渐近线及满足探测深度要求，选择最小供电电极距3 m，最大400 m。

布设勘探线4条，总长约51 km。其中垂直黄河走向3条，线距为 5 000 m，点距 500 m;平行黄河走向 1条，点距1 000 m。总测深点74个(图1)。

图1 物探工作部署图

野外工作采用重庆仪器厂生产的DZD－6A型多功能直流电法仪。直接测取视电阻率 ρs和视激发极化率 ηs，依据衰减曲线计算出综合参数ZP、半衰时TH、衰减度D。

野外定点用GPS卫星定位仪结合1:5万地形图定点。野外工作严格按照《直流电法工作规范》要求执行。每天出工前均对仪器、线架及电池进行漏电检查，对不极化电极进行极差测定。保证一次场电压大于10 mv，供电电源采用干电池组，最大供电电压600 v。随着极距的增加，增多供电电极，减少接电电阻来增大供电电流。一次场电压较小时，进行多次重复读数来压制干扰。

为保证第一手资料的准确性，根据规范要求，全区共布设质量检查点4个，全区均方相对差2.6%，最大3.9%，最小1.5%，误差小于规范要求的5%，表明野外资料可靠，精确度较高。

3 成果及解释

3.1 解释方法

3.1.1 定性分析

为了确保地面物探资料的准确、可靠，在对所有野外资料数据进行全部复核后，对部分曲线进行了适当的圆滑处理。电测深曲线类型取决于地电断面的性质。曲线类型的变化可以反映地下岩性的变化特点。分析研究工作区电测深曲线类型可知:该区曲线类型大部分为K型曲线，极少部分为HK型。HK型曲线主要在大堤或砖厂附近，浅表层为碎石砖块充填。而K型曲线则恰好反映了测区大部分地段的浅部含水层颗粒粗、分选性好及深部砂与粘土互层的电性特征。

为反映测线通过的垂直断面中视电阻率的变化情况，以便清晰直观地反映出含水层颗粒厚度总的变化趋势，绘制了ρs等值断面图。

ρs等值断面图:以测线的各测深点为横轴，以logAB/2为纵轴，然后将不同的logAB/2值所测得的值标在相应测点的纵坐标上，用内插法绘出ρs等值线。

3.1.2 定量解释

对电测深资料初步分析认为选取 T函数拟合法(图2)、K反射系数法和井旁测深曲线类比法。三种方法主要根据测深曲线的变化形态、幅值、上升(下降)角度等地电参数，充分利用计算机技术及现代数学地质方法，来准确地划分地层剖面、区分不同岩性，并与已知井的井旁测深曲线进行拟合分析达到由已知到未知的解释目的。

图2 T函数一维反演模型图

由于三种解释方法从不同角度对曲线进行解释，因而运用三种结果进行分析、对比，可以较好剔除干扰造成的假异常，尽可能地进行物探资料－地层剖面的转化。

水文地质参数求取:工作区含水层为第四系砂层，为高阻岩性，隔水层为粘土岩类，为低阻。视电阻率测深曲线的高低，直接反映含水层颗粒的粗细与厚薄，反映地层的赋水性与导水性。视电阻率测深曲线与横坐标围成面积与对应深度范围的地层导水系数密切相关。由地质条件相类似，已知地层导水系数对应视电阻率测深曲线积分作一元线性相关分析，一元线性回归方程为:

其中T为(100m以上地层)导水系数，R为 AB/2=9m至AB/2=120m视电阻率数值积分，本区 a、b常见值为 a=0.34，b=40m/d。

3.2 解释成果

3.2.1 地层划分

为了直观地反映所测剖面上地地电特征及所反映的地层情况。依据前述ρs等值断面图及定量解释结果，分别对各剖面线做了推断地质剖面图，以Ⅲ－Ⅲ'剖面为例说明(图3)。

Ⅲ－Ⅲ'剖面。垂直于黄河走向，剖面方向9o，南起中牟县狼城岗镇瓦坡村，北至韦滩村北黄河边，地面标高79～88 m。断面浅部为低阻闭合或半闭合圈，反映为粉质粘土和粘土的电性特征。中深部为高阻闭合或半闭合圈，尤其靠北部，闭合圈阻值达50Ω·m和60Ω·m，表明断面中段颗粒含水层的典型特征，并且由南向北颗粒逐渐增大。深部ρs值逐渐下降，反映下伏粉质粘土、粘土地层地电性特征。

3.2.2 富水性评价

综合全区地面物探结合测井及钻探资料可知，底板埋深120～130 m以上的中深层含水段，其岩性粒径较大，基本不含泥质或泥质含量低，渗透性好，属强富水段，水质好，是地下水开采的主要层段。其下部岩性粒径变小，泥质含量增高，部分含水岩组泥质胶结，渗透性变差，富水性相对变弱，该含水段，属较深部相对弱地下水开采段。

图3 Ⅲ－Ⅲ＇测线等ρs断面及推测地质剖面图

利用前述的相关分析方法，对测区内全部测深点进行了数据处理，得出了各点的导水系数(根据本水源地的地质条件及本次供水勘探的要求，T值计算均为100 m以上含水层值)依据计算结果，可以看出，导水系数分布差异不大，规律明显，接近黄河河道大堤以北，导水系数较大平均为1 700 m2/d，向南逐渐变小。沿测区由西向东，导水系数逐渐减小(图4)。

3.2.4 推测古河道位置

根据古河道沉积颗粒较粗，视电阻率会相对较高的电性特征，我们采用面积积分的解释方法，对测区内所测电阻率参数进行了处理，依据处理后的数据，以电性差异变化明显处为界，圈定了古河道的位置和范围(图4)。

由视电阻率处理后的数据可以看出，经过处理后的数据在平面上呈现一条近东西走向的条带状高值异常区。从推测地质剖面图上看，异常区均有浅部含水层底板相对稍深的

3.2.3 水文地质参数分区趋势，因而推测为古河道位置。

图4 导水系数及推断古河道位置图

图5 浅层含水层底板埋深等值线图

3.2.5 浅层含水层地板埋深

利用本区激电测深K型曲线的T函数反演法确定的浅层含水层底板，结合本区钻探及测井资料，生成了浅层含水层底板埋深等值平面图(图5)。可以看出，从南向北，从西向东，浅层含水层底板埋深逐渐减小，最深达96 m，最浅62 m。

4 结论

通过物探勘查，查明了浅层含水层结构，各含水层的分布范围、厚度、埋深、富水性、导水系数等，圈定地下水富水段以及浅层含水岩体的边界条件及底板形态，配合水文地质测绘和钻探，提高水文普查精度，提高钻探效果和减少钻探工作量。总之，在水源地勘查中，对称四极激发极化测深法作为传统的物探方法效果好，效率较高，成本较低，是一种切实可行、置信度较高的方法。

［1］付良魁等.电法勘探教程.地质出版社.1983.

［2］赵云章等.黄河下游影响带地下水资源评价及可持续开发利用.中国大地出版社.2002.

［3］赵建粮，陈天振.MT法在开封凹陷地热资源调查中的应用［J］.物探与化探，2010，34(2).

［4］李保群，王喜军.河南省郑州北郊水源地供水水文地质地球物理勘探报告［R］.河南省郑州地质工程勘察院，1995.

TV211

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1004－1184(2012)01－0104－03

2011－08－26

周运兴(1963－)，男，河南巩义人，工程师，主要从事水文地质及工程地质工作。