电测深法在撒哈拉沙漠地区找水应用

唐英杰

(华北有色工程勘察院有限公司，河北石家庄050021)

乍得中北部位于撒哈拉沙漠南部，远离海洋，属典型的沙漠气候，年降水量小于50mm，是世界上最为干旱地区之一，被称为“非洲死亡中心”。近年来，该国为发展其西北部经济贸易，在Amdjarass市建立了贸易中心，作为和苏丹、利比亚的贸易集散地和中转站。随着Amdjarass市经济发展和人口的不断增多，用水量不断增加，供需矛盾逐渐突出，因此需要在其周边有利地区开发新的城市供水水源地。

该区域前期地质、水文地质工作程度非常低，相关资料缺乏，基本属于研究资料空白区，仅有牧民牲畜用水的大口井作为已知的水文资料，为水源地勘探带来很大困难。

1 区域地质和水文地质特征

水源地初步选定在Amdjarass市东北约80 km处gouore村附近。该区域西起Barane山谷东侧分水岭，东至O.Ergl河谷东侧;南从Kasera Manga台地，北到Tei Agoza红沙丘，为一相对完整的水文地质单元。Gouore河谷自西南向东北穿过本区，为区域内最低的侵蚀基准面，地形总体上由西南向东北缓倾斜，山地和沙丘缓平起伏的特点。

本区地处乍得盆地东北部，属热带沙漠大陆性季风气候，气候炎热干旱，一年多月(11月至竖年4月)盛行大风，扬沙和沙尘暴频发，蒸发强烈、降水稀少。

1.1 区域地层

区域内出露地层主要为前寒武纪造山运动晚期侵入岩系、古生代奥陶纪、泥盆纪和中生代白垩纪努比亚组、第三系及第四系。

(1)前寒武纪晚期:岩性一般为紫红色、暗红色亚碱性花岗岩、钙碱性化岗岩、似伟晶亚碱性花岗岩，岩石具有浅色花斑状构造和网状构造，变质程度较高。

(2)古生代奥陶纪:为区域主要地层，广泛分布于工作区内，为一套多层交叉的浅海相富铁碳酸盐岩、碎屑岩及化学岩沉积变质建造，变质程度较低，岩性主要为粗砂岩、中细砂岩、砂屑岩及砾岩;

(3)中生代白垩纪努比亚组:岩性主要为砂砾岩、细砂岩、钙质砂岩，分布于区域北部。

(4)第三系:乍得盆地大陆沉积含铁的杂色砂岩，含细砂岩、粉砂岩和泥质岩。

(5)第四系:为第四系下统旧砂丘，红色砂砾，中粗砂，胶结程度较高。

1.2 区域含水层特征

根据区内地层，含水介质及地下水类型，可划分岩浆岩裂隙含水层组、碎屑孔隙含水层组和第四系松散岩类孔隙含水层组:

(1)岩浆岩类裂隙含水层组:该含水层组区域上出露于西部、北部和南部某些地块，广泛埋藏于奥陶纪砂岩之下，厚度达数千米，岩性为花岗岩和花岗闪长岩。地下水主要赋存于风化裂隙及构造裂隙带中。风化裂隙发育深度一般为几米—几十米，构造裂隙发育深度可达数十米，该含水层组地下水为承压性质。浅部花岗岩变质和蚀变，强度降低，有一定的裂隙发育，但多充填泥质，透水性较弱，以下岩石厚大完整，透水性极弱，基本界定为隔水层。

(2)碎屑孔隙含水层组:该含水层组广泛分布于区域范围内，其上覆盖有厚度不一的第四系风成砂土，下伏前寒武纪造山期的花岗岩。岩性为含砾粗砂岩、砾砂岩和中细砂岩和含铁质、钙质细砂岩、底部与花岗岩接触带弱胶结粗砂岩。含水砂岩层(组)孔隙、裂隙较发育，含水层组一般厚度15～40 m，厚者达40～50 m，岩体强度较低，透水性较差。该含水层组为区域内主要含水层组，为物探探测主要目的层。

(3)松散岩类孔隙含水层组:第四系松散岩孔隙含水层组广泛分布于洼地及中低山山间沟谷一带。含水层组主要为含少量砾石和粘性土的中细砂、中粗砂和砾砂，成因类型为风成砂，松散混杂。

2 地球物理特征和工作方法

2.1 地球物理特征

根据电测井、标本测试等相关工作，经统计得出研究区域内主要地层电性参数见表1。

表1 物性参数表

由水文地质资料和物性参数表可知，勘探区域内主要含水层组为碎屑孔隙含水层组，该含水层组的岩性为含砾粗砂岩、砾砂岩和中细砂岩和含铁质、钙质细砂岩、底部与花岗岩接触带弱胶结粗砂岩，该含水层组地层在物性参数表上表现为地下水位以下砂岩，其电阻率范围为2 000～4 000Ω·m，与上部覆盖层和下部花岗岩具有较明显得电性差异，具备电法工作开展前提。

2.2 工作方法

根据地质、水文地质和地球物理条件，选择电测深法作为物探手段进行找水勘探。电测深法是以地下水平层状介质间导电性差异为物质基础，在同一测点保持测量电极固定不变，逐次加大供电极距，从而研究地表某点下方电性的垂向变化。由于供电极距不断加大，增大了供电电流在地下的分布范围，实际上相当于加大了勘探深度。因此，通过分析电测深视电阻率曲线可了解测点下沿垂向地质情况的变化［1］－［2］。

表2 极距关系表

本次勘探仪器设备采用重庆地质仪器厂生产的DZD－6A型多功能直流电法仪，装置类型采用对称四极等比装置，AB/2:MN/2=5:1，最大AB/2为480 m，极距关系见表2。

3 实际应用

工作顺序采用从已知到未知的原则，先选取区域内牧民牲畜取水点大口井做孔旁测深，由点到线，由线到面逐步开展工作。

3.1 特征曲线分析

(1)F02电测深点测深曲线为KHK型曲线(见图1)，该点位于当地牧民牲畜取水点大口井旁，接近O.Gaor河谷中心位置，根据曲线形态把地层自上而下分为5层，结合钻孔资料共同分析:第一层曲线AB/2小于1.5 m，地层深度小于1 m，未能在曲线上完整显示;第二层曲线AB/2=1.5～9 m，视电阻率值逐渐抬升至1 100Ω·m，推测地层底板埋深为5 m，地层岩性为地表沙、沙土，不含水地层;第三层曲线AB/2=9～40 m，视电阻率值逐渐下降至400Ω·m，推测地层底板埋深为25 m，地层岩性为含砾粗砂岩，在地层编录中未有明显地层划分，推测为含有较多的泥质胶结的含砾粗砂岩，为不含水地层;第四层AB/2=40～180 m，视电阻率值逐渐抬升至1 000Ω·m，推测地层底板埋深为75 m，地层岩性为含砾粗砂岩、细砂岩、红砂岩，推测为钙质胶结，显示为较高视电阻率值，裂隙较发育或微发育，为主要含水地层;第五层AB/2=180～480 m，视电阻率呈下降趋势，推测地层为花岗岩接触带和花岗岩，含水性差，为隔水底板，未探测至花岗岩底板。

图1 F02点电测深曲线

图2 A36点电测深曲线

(2)A36物探点测深曲线为AK型曲线(见图2)，根据曲线形态把地层自上而下分为4层，结合附近钻孔资料共同分析:第一层AB/2=1.5～6 m，视电阻率逐渐抬升至2 000Ω·m，推测地层底板埋深为3.5 m，地层岩性为地表沙、沙土，为不含水地层;第二层AB/2=6～30 m，视电阻率继续抬升3 000Ω·m，幅度较为平缓，推测地层底板埋深15 m，地层岩性为含砾粗砂岩，有少量泥质胶结，为不含水地层;第三层AB/2=30～180 m，视电阻率值继续抬升至5 500Ω·m，抬升幅度较快，推测地层底板埋深80 m，地层岩性为含砾粗砂岩，钙质胶结，裂隙较发育或微发育，为主要含水层;第四层AB/2=180～480 m，视电阻率值持续降低，推测地层为花岗岩接触带和花岗岩，为隔水底板，未探测到花岗岩底板。

通过对以上两条特征曲线进行分析，勘探区域内主要含水地层为钙质胶结含砾粗砂岩，裂隙较发育或微发育，根据钻孔抽水资料，该层在静水位以下厚度越大其出水量一般也越大。含水地层与其下覆地层有非常明显的电性差异，下覆花岗岩接触带具有非常低的电阻率性质，较容易判别含水层底部埋深。

勘探区域内含水地层在测深曲线上具有如下特征:1、测深曲线类型上一般表现为K型或AK型曲线中段，其水平渐近线视电阻率值一般为2 000～4 000Ω·m;2、含水层下覆的花岗岩接触带和花岗岩在勘探区域内普遍存在，一般可以作为含水层隔水底板。

3.2 视电阻率等值断面图分析

在单点电测深研究的基础上，根据河流走向、地形起伏等条件布置电测深剖面，追索含水层厚度走向、基岩起伏等情况。

以F01电测深点位基点，在其两侧继续布置测深点，形成测线4，绘制测线4视电阻率等值断面图(图3)。测线4长3 km，F01点位于测线2 000 m处，根据电阻率分布情况，将地层分为4层进行分析:(1)第四系覆盖层，沿测线普遍存在，厚度0～10 m;(2)泥质胶结砂岩，主要分布在测线500～2 000 m，底板埋深50～70 m;(3)钙质胶结砂岩，主要分布在测线0～500m和2 000～3 000m，0～500m底板埋深40～50m，2 000～3 000m底板埋深70～90 m，为主要含水层位;(4)花岗岩，未探测到花岗岩底板埋深。

图3 测线4视电阻率等值断面图

从测线4视电阻率等值断面图可知，该区域主要含水层位于O.Gaor河谷南侧，向南含水层逐渐加深加厚，具有较好的成井条件。

3.3 等AB/2视电阻率平面等值线图分析

为查明含水层在平面上的分布走向情况，在测线4两侧继续布置测线追索含水层的走向，并将绘制等AB/2=300 m视电阻率平面等值线图(图4)。

通过视电阻率平面等值线图进行分析，工作区域内地层主要分为3部分:(1)花岗岩区:主要分布在勘探区域北部，视电阻率值1 000～2 000Ω·m，花岗岩顶板逐渐抬升，区域内花岗岩顶板埋深小于50 m，为地下水的隔水边界;(2)泥质胶结砂岩区:主要分布在勘探区域中部，视电阻率值100～1 000Ω·m，区域内埋深10～70 m范围内以泥质胶结砂岩为主，含水性和透水性较差;(3)钙质胶结砂岩区:主要分布在勘探区域南部和东南部，视电阻率值2 000～4 000Ω·m，区域内地层岩性钙质胶结砂岩为主，含水性和透水性较好，是区域内主要含水带;在该区域的西南部，具有广阔的汇水面积，而且砂岩厚度向西南延伸逐渐变厚，建议在区域西南部布置钻孔。

图4 等AB/2=300 m视电阻率平面等值线图

3.4 综合分析

通过以上工作分析，在勘探区域内地下主要含水层为钙质胶结砂岩，主要分布与勘探区域的南部和东南部，厚度较大。地下水从北、西、南三个方向向勘探区域内gouore沟谷方向汇集，沿沟谷向东北方向排泄。在勘探区域西南部，钙质胶结砂岩厚度较大，且地下水连通性较好，具有较好的成井条件，建议在勘探区域西南部布置钻孔。

后期水文钻探根据物探成果在西南部布置了侦查孔，单孔出水量能够对达到1.5～3.0 L/s·m，与物探推测结果一致，能够初步满足Amdjarass市用水需要。

4 结语

(1)采用电测深方法进行能够工作区域内各地层的电性特征，确定主要含水层的深度和分布位置，而且该方法设备轻便、工作速度快、效率高，对水文工作起到指导作用。

(2)在撒哈拉地区地质、水文地质工作程度低，地质资料缺乏，因此开展物探找水工作应遵循有已知到未知的原则，按点、线、面的顺序逐步开展工作，才能够取得比较好的效果。

(3)物探工作只能间接反映地层物性变化情况，在进行推断解释时必须结合地质、水文地质等资料进行共同研究分析，以提高推断准确度。

(4)在沙漠地区进行电测深工作，由于地表干燥，接地电阻大，为电法工作带来很大困难，需要在供电点浇大量水以减小接地电阻，因此在今后工作中可研究不接地方法对水源地进行勘探。

［1］傅良魁.电法勘探教程［M］.北京:地质出版社，1983.

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［4］龙作元.电阻率测深法在阿拉尔盆地划分咸、淡水层的应用［J］.物探与化探，2006，30(4):308－311.

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