潮白河水源地地球物理勘查

2015-12-02任政委刘文增王春辉龙慧

地下水 2015年5期

任政委，刘文增，王春辉，龙慧

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定071051)

潮白河水源地位于北京市顺义区马坡镇。南北长约4.5 km，东西宽度约1.0 km，面积约3.79 km2。区内地层为第四系冲、洪积沉积物。河床表层为中、粗砂砾石层，透水性好，局部为亚砂土。地下水含量丰富、水质优良。埋深50～150 m存在4～5个含水层组，为供水主要目标层。

为查明潮白河地下水源地核心区含水层结构，在水源地典型区段开展音频大地电磁和可控源地震勘查，为水源地合理开发利用提供技术支持。

1 水源地地球物理勘查

1.1 含水层地球物理特征

地球物理探测效果取决于地下地球物理场特征的差异变化程度。这些差异的变化程度取决于被探测介质的含水量、孔隙尺寸、地层结构等因素。用于区别含水层最有效的地球物理特征参数为电阻率和地震波速。

电阻率:从含水砂砾石层至含泥质砾石层，电阻率显著减小。

地震波速:隔水层具有较强的反射振幅，其波组连续性、同相性及频相稳定特征是划分隔水层的标志，两组强反射波组之间的强度减弱分布特征，反映地下砂砾含水层的空间分布规律。

松散含水层典型地球物理响应见图1:

图1 松散含水层地球物理响应

1.2 音频大地电磁勘查成果分析

音频大地电磁采用天然场源，观测的基本参数为时间域正交的电场分量(Ex、Ey)和磁场分量(Hx、Hy)。通过频谱分析及一系列运算，求得不同频率的视电阻率值。勘探深度随着频率的变小而增大，通过改变频率可以达到测深的目的。

1.2.1 地电特征

将音频大地电磁反演与同一纬度的20#钻孔柱状图进行对比分析(图2)。20#井深225 m，静水位48 m。从钻孔柱状图上看，含水层岩性以砂砾石、砂砾石含卵石为主，在音频大地电磁剖面中表现为高阻，当泥质含量增加时电阻率降低。因此，该方法能准确地划分出含水层空间结构。

表1 地点特征

1.2.2 成果分析

由图1可得，电阻率呈高-低-高分布，对应该位置含水层分布为含水层-隔水层-含水层交替出现。浅部0～40 m，局部电阻率值大于90 Ω·m，推断为静水位面以上干砂层。深度40～60 m，电阻率45～60 Ω·m，为中砂至粗砂地层，富水性中等。深度60～140 m，电阻率值大于60 Ω·m，该层富水性较好。深度140～210 m，由于粘土含量增加，电阻率逐渐降至25 Ω·m。深度219 m，电阻率逐渐抬升，推测已进入完整基岩。

图2 音频大地电磁法勘查结果

图3 浅层地震法勘查结果

古河道在电法勘查结果表现为明显的高阻圈闭特征(图2)，富水性较好。由图2可得，距剖面起点30～90 m及180～240 m段，电阻率大于90 Ω·m，推断为古河道含砂卵砾层，富水性较好，是两处理想的定井井位。

1.3 可控源地震勘查成果分析

震源采用Minivib车载可控震源，该震源具有自相关能力，抗干扰能力强，地震波信号性能稳定;其扫描频率、频带范围可调，可激发高频率、宽频带的可控制的震荡波。

地震波向地下深部传播，遇到介质弹性差异面时会发生反射、透射和折射等物理过程，在地表若干位置布置检波器，配合地震仪采集来自地下弹性界面的地震反射波信号。处理、分析和研究相关记录，可以推断该工作区的地下地质信息。

通过速度分析，得到地震反射波组双程反射时间-叠加速度关系，通过时间-深度转换计算，得到双程反射时间-深度关系。依据西-2号井钻孔资料，对地震反射波组进行层位标定(表2)。

表2 地震反射波组与含水层位对应关系表

由图3可得，静水位深度变化呈49 m～50 m逐渐变深的形态;呈210 m～215 m由浅至深的变化形态。5个含水层组呈现条带状缓降形态，属典型的山前冲洪积水系古河道层状异常规律。距剖面起点40～100 m，深度70～150 m，地震反射波组明显减弱，局部出现中断，推断以上四处区域存在砂卵石层、富水性较好，且各个含水层组上下贯通性较好。距剖面起点160～240 m在深度70～150 m之间，地震反射波组明显减弱，推断该区域为古河道。与音频大地电磁勘查结果一致。