常规电阻率测深法在四子王旗找水中的成功应用

樊永刚　张志国　段志勇

摘 要： 四子王旗属内蒙古中部干旱地区，水资源较为匮乏，且地质、水文地质条件较为复杂。实践证明，运用常规电阻率测深法对含水层的埋深、厚度及其富水性等做出综合评价是可行的，可以取得显著的找水效果。

关键词： 水资源贫乏； 电阻率测深； 含水层

四子王旗行政区划属乌兰察布市，总面积约24016km2。区内降水量小，蒸发量大，属典型的中温带大陆性干旱气候，全旗总体上水资源较为贫乏，且分布极不均匀。尤其近年来地下潜水水位呈逐年下降趋势，每到6、7月干旱时节，部分村或嘎查的农牧民连最起码的人畜饮用水都无法解决，许多农牧民需到几十公里外的水井中拉水，严重地影响了当地群众的身心健康和生活质量。该旗中北部、乌兰花镇附近新近系“红层”覆盖区较为发育，加之东西、南北向之水文地质条件差异大且复杂，使得运用水文物探方法（尤其常规电阻率测深法）寻找地下水成为了不可或缺的重要手段。2014年～2015年在该旗进行的电阻率测深工作，为水文地质勘查、井位确定提供了较为充分的地球物理依据，取得了较为显著的找水效果。

1. 水文地质概况

区内水文地质条件主要受地貌、岩性、地质构造、古地理环境及气象、水文等因素的影响和控制，根据地下水的赋存条件及含水层的岩性，可将地下水划分为第四系松散岩类孔隙水、新近系—白垩系碎屑岩类裂隙孔隙水和基岩裂隙水三大类。

第四系松散岩类孔隙水主要分布在局地的河谷、阶地区及下更新统湖积平原区，其富水性与含水层的岩性、厚度等密切相关，含水层颗粒越粗、厚度越大，富水性越强。

新近系—白垩系碎屑岩类裂隙孔隙水主要分布在巴音和硕盆地、乌兰花盆地等中新生代断陷盆地中，含水层由古近系砂岩、砂砾岩地层及白垩系砂岩、砂砾岩地层组成，其上多被新近系“红层”所覆盖。其富水性与含水层的结构、构造、厚度及补给、排泄等密切相关，是2014～2015年工作的主要目的层。

基岩裂隙水主要分布在北部、南部及东南部的基岩出露区，其含水层富水性受地质构造发育程度、岩性、地貌形态及所处水文地质单元中的位置的影响较大，富水性差异亦较大。

区内地下水总体流向为自南向北、北西。

2. 地球物理特征

区内各主要地层或岩性的电性参数特征见表1。由表中数据可知，区内隔水层（非含水层或微含水层）和含水层之间的电阻率存在较为明显的物性差异，通过解释推断电阻率测深曲线可以划分出含水层在垂直断面上的分布范围、深度、厚度及其相对富水程度。

3. 电阻率测深工作方法

所用工作方法为常规电阻率测深法。观测参数为视电阻率ρS。工作以剖面为主，且剖面方向主要垂直主构造线走向或沟谷走向布置。最大供电极距AB/2=500m。基本点距100m，局部地段进行了加密。

对测深曲线进行了定性、定量综合解释，解释结果为各电性层的真电阻率、厚度及其相对富水性。

4. 脑木根苏木乌兰胡德格重点区

4.1 地质特征

该区地处巴音和硕盆地东南边缘，位于脑木根苏木东南方向约75km处。地表为第四系含砂砾壤土层所覆盖，局地见古近系灰白色泥岩出露，厚度不详，下伏地层不详（附近无水文孔及相关资料）。

4.2 电阻率测深曲线特征

各点测深曲线多为QK型，大体上可分为五个电性层，且ρ1>ρ2>ρ3<ρ4>ρ5。以220点为例（图1）采用MOSCOW STATE UNIVER- SITY，GEOLOGICAL FACULTY ，DEPT. OF GEOPHYSICS（莫斯科国立大学地质学院地球物理系）开发的IPI2win软件对其进行了定量解释，结合区域水文物探电性参数、水文地质特征综合解释如下：第一层ρ1=480Ω·m，为第四系含砂砾壤土层的反映；第二层ρ2=25Ω·m，为砂岩（局部含砾）的反映；第三层ρ3=8Ω·m，为泥岩夹薄层砂砾岩的反映；第四层ρ4=16.5Ω·m，为砂砾岩夹薄层泥岩的反映；第五层ρ4=9Ω·m，为泥岩夹薄层砂砾岩的反映。

4.3 综合断面图特征

从其测深剖面视电阻率断面图（图2）上可以看出：视电阻率总体上随着供电极距AB/2的增大逐渐降低，即随着勘探深度的增大视电阻率逐渐降低。具体表现为：小极距时视电阻率相对较高，多在25Ω·m以上，最大达400Ω·m以上，并具有中间大两端低的特点；之后随着AB/2的增大，视电阻率总体上呈现下降的趋势，并在AB/2为500m时降至了10Ω·m左右。

在对各测深点进行综合解释的基础上繪制了地电断面图。从图（图2）中可以看出，浅地表电性层电阻率变化较大，在5～500Ω·m之间，厚1.5～4m不等，为第四系含砂砾壤土层的反映，认为微含水。第二电性层电阻率总体较高，在16～90Ω·m之间，厚3～30m不等，且总体上西厚东薄，为砂岩（局部含砾）的反映，认为弱含水。第三层为低阻层，电阻率在3.5～12Ω·m之间，厚15～50m不等，埋深自西向东逐渐变浅，为泥岩夹薄层砂砾岩的反映，认为弱含水。第四电性层电阻率较第三层略高，在14～22Ω·m之间，顶、底板埋深变化较大，厚25～150m不等，为砂砾岩夹薄层泥岩的反映，综合分析认为该层为本区的主要含水层，且当其阻值相对较高时，说明砂砾岩层相对较厚，颗粒较粗，泥岩相对较薄，其含水性亦更好。第五电性层电阻率相对较低，在7.5～10.5Ω·m之间，顶板埋深两端大中间小，为泥岩夹薄层砂砾岩的反映，认为弱含水。

4.4 钻探验证

据上述成果综合分析认为200～240点间“砂砾岩夹薄层泥岩”的富水性相对较好，可进行钻探验证。后在220～230点间施以了DK03验证孔，涌水量达840m3/d，且主要含水层为60～160m之间的砂砾岩夹薄层泥岩。浅地表至-108m之间为古近系的泥岩、砂岩，-108m之下为白垩系的泥岩、砂岩。

5. 红格尔苏木大井重点区

5.1 地质特征

该区地处巴音和硕盆地的西南边缘，位于红格尔苏木北西方向约35km处。地表为第四系含砂砾壤土层所覆盖，局地见白垩系砖红色泥岩出露，厚度不详，区内虽有一深水井，但水量极小（未收集到其它相关水文资料）。

5.2 电阻率测深曲线特征

各点测深曲线多为HKH型，大体上可分为五个电性层，且ρ1>ρ2<ρ3>ρ4<ρ5。同样以630点为例（图3）综合解释如下：第一层ρ1=83Ω·m，为第四系含砂砾壤土层的反映；第二层ρ2=13Ω·m，为泥岩夹薄层砂岩的反映；第三层ρ3=33Ω·m，为砂砾岩夹薄层泥岩的反映；第四层ρ4=3.4Ω·m，为泥岩、砂质泥岩的反映；第五层ρ4=22.4Ω·m，为粉砂岩、砂砾岩与泥岩互层的反映。

5.3 综合断面图特征

从其测深剖面视电阻率断面图（图4）上可以看出：小极距时视电阻率值相对较高，多在20～50Ω·m之间，局部（662点附近）地段可达350Ω·m以上；之下视电阻率值逐渐降低，形成较厚的低阻层，局部地段在AB/2为65m、100 m、150 m时可低至10Ω·m以下；AB/2大于230 m时视电阻率值又逐渐增大，多数上升到了16Ω·m以上。

从其地电断面图（图4）上可以看出，浅地表层的电阻率变化较大，多在5～400Ω·m之间，厚3～9m不等，为第四系含砂砾壤土层的反映，认为微含水。第二电性层为低阻层，电阻率多在11～18Ω·m之间，总体上具有从西南到东北逐渐变薄的趋势，东北端最薄处仅3m，局部（662点附近）地段最厚处可达100m，为砂岩与泥岩互层的反映，认为微或弱含水。第三电性层电阻率最低，在4～12Ω·m之间，形态之起伏、厚度之变化均较大，总体上具有从西南到东北逐渐变厚的趋势，西南端最薄处仅12m，东南端最厚处达180m，局部（662点附近）地段顶板埋深较大，且未见底，为泥岩、砂质泥岩的反映，认为不含水。第四电性层电阻率多在15～28Ω·m之间，其在西南部的形态之起伏、厚度之变化较大，顶板埋深在30～130 m之间，未见底；在东北部的顶板埋深具有逐渐变大的趋势，亦未见底，局部681点附近顶板埋深相对较浅，厚度较大，该电性层在640～671点间缺失，为粉砂岩、砂砾岩与泥岩互层的反映，综合分析认为该层为本区的主要含水层，且当其阻值相对较高时，说明粉砂岩、砂砾岩层相对较厚，颗粒较粗，泥岩相对较薄，其含水性亦更好。另外，在630～640点间的第二、第三电性层之间划分出一局部电性层，电阻率多在20～35Ω·m之间，厚度10～15m不等，推测为粉砂岩、砂砾岩与泥岩互层的反映，认为弱含水。

5.4 钻探验证

据上述成果综合分析认为630点附近“粉砂岩、砂砾岩与泥岩互层”的富水性相对较好，可进行钻探验证。后在其上施以了DK06验证孔，涌水量达1191m3/d，且85m之下的粉砂岩、砂砾岩与泥岩互层为主要含水层。浅地表至-85m之间主要为白垩系的泥岩夹薄层砂岩。

6. 其它区概述

其后，依据电阻率测深成果在吉生太镇中老龙忽洞施工了DK11孔，在忽鸡图镇西滩施工了DK08孔，在四子王旗乌兰花镇双胜德施工了DK13孔，涌水量均大于500m3/d，DK13孔更是达到了2241m3/d。其中DK11的主要含水层为-60～-160m之间的新近系、白垩系的粉砂岩和砂砾岩，DK08的主要含水层为50m之下的白堊系的砂岩，DK13的主要含水层为40m之下的新近系的砂岩和砂砾岩。

7. 结束语

2014～2015年在四子王旗进行的水文物探工作总体上来说是成功的， 且依据最新验证成果分别在脑木根苏木乌兰胡德格、红格尔苏木大井、忽鸡图镇西滩等地圈出了几处富水区，但也存在一个逐渐认识的过程，只有详细了解了不同景观区的地质、水文地质特征，才能对电阻率测深曲线做出更为客观地、精准地解释推断，也才能更好地发挥水文物探在水文地质勘查中的先行与独特作用。本文是笔者在四子王旗找水实际工作中的一点认识，难免存在一些不足之处，敬请大家指正，以便今后更好地完成水文地质勘查工作，造福广大农牧民，为振兴地方经济服务。

参考文献：

[1] 付良魁.电法勘探教程. 北京： 地质出版社， 1983

[2] 傅良魁.应用地球物理学一电学原理〔M〕.北京： 地质出板社，1996.