五极纵轴电测深法在青海茶卡盆地找水中的应用

何 胜，蒋厚辉，马文鑫

1.青海省环境地质勘查局 青海省环境地质重点实验室，青海 西宁 810008；2.青海省地质环境调查院 青海九零六工程勘察设计院，青海 西宁 810008；3.广西壮族自治区二七一地质队，广西 桂林 541100

0 引言

茶卡盆地属大陆性半干旱型气候，北部青海南山地区由于受气候和人类经济活动的因素影响，高山雪线上移，蒸发量增大，冬春干旱，致使地下水资源量减少，严重阻碍了农牧区及工业经济的发展。如何在该地区勘查出地下水以供农牧区灌溉、城镇居民生活以及工业园区用水显得十分必要。常规物探勘查地下水的方法较多，但都有分辨能力差，曲线解释分析不直观、周期长、野外工作经济成本高等缺点，难以达到预期效果。经过尝试实践对比后认为：五极纵轴测深法不仅用于探测非层状电性差异的地质体，在一定地电条件下，也可以应用于第四系似层状有电性差异的地层，以查明有关水文地质条件，指导水文钻孔布置，是一种行之有效的物探工作手段[1-5]。

1 工区地质概况

茶卡盆地属新生代断陷盆地。区域内地层出露齐全，除缺失白垩系外其余地层均有沉积。第四系主要含水层岩性为上、中更新统洪积、冰水洪积砂砾卵石、泥质砂砾卵石夹亚砂土、中细砂透镜体，结构松散，透水性强，分布广泛，是主要供水目的层。区内地下水主要接受沟谷潜流、北部、西部山区季节性洪水及基岩裂隙水的补给，补给条件较好，富水性均一，为富水-中等富水区。在山前平原中、后缘(漠河农场)地段为地下水的补给径流区，第四系松散物表层上覆2～5 m亚砂土，水位埋藏一般较深(30～50 m)。

2 五极纵轴测深方法原理

五极纵轴电测深法的布极方法与对称四极电测深法不同，如图1所示，在地面以测深点Α极为原点设直角坐标系，供电电极位于原点Α，电流为+I。沿X轴在Α点两侧布置电流均为-1/2I的供电电极B1和B2，且令AB1=AB2=L，供电电极距L=(2-3)h(h为最大勘探深度)，测量电极距MN=(1/30-1/40)L。野外工作中测量电极M、N自A极开始沿X轴中垂线方向逐点等距离放线进行观测，即得视电阻率ρs曲线，ρs=K·(ΔU/I),装置系数K计算公式为[6-8]：

3 物性特征

充分研究分析区内地质、水文地质资料,在掌握了解前人在该区工作的物探参数前提下,统计划分出第四系各岩性层之间的电阻率值。一般情况下，同为地下水赋存的地质环境不同，其地球物理特征差异较大。山前平原表层亚砂土ρs值为50～100 Ω·Μ，下覆岩性砂砾卵石ρs值为250～600 Ω·Μ(不含水)，砂砾卵石ρs值为250～350 Ω·Μ(含水)，泥质砂砾石ρs为150～250 Ω·Μ(含水)。可见松散物由于受岩性颗粒、泥砂质含量、含水量等因素的制约影响，各岩性层之间电性差异仍较明显，这种电性差异为划分岩性界面、水位埋深及相对较薄的地层(厚度)、位置等提供了良好的地球物理前提条件。

图1 五极纵轴测深电极装置图

4 测深资料解释方法

对五极纵轴电测深曲线的解释比较容易和直观，曲线折变点反映了地下岩性电性变化点。曲线解释过程中，首先确定曲线上的折变点，求取各折变段的ρs平均值，并对曲线折变点(段)赋于对应地层岩性[8]，综合判定异常范围(厚度)，再对测深点资料进行对比、分析，寻找出富水构造或岩性引起的物探异常。因此，解释工作前必须了解工区的区域地质特征，对测深点下不同地质的电阻率变化范围大体上有一定认识，对可能出现的各种异常特征要有一个相对明确的初步估计和判断。结合地形地貌及水文地质条件，正确认识各岩层电性差异特征概念(概况)，是纵轴电测深资料解释工作的重要环节[1-2]。

5 五极纵轴测深结果

5.1 五极纵轴测深实测效果

在水文地质调查勘探中，所投入的钻探工作量是有限的，一般情况下，一条勘探剖面只有1～2个钻孔，是难以控制地层变化规律的，加用纵轴测深可以获得较满意的结果。现已茶卡盆地五极纵轴测深2线为例，来说明该方法找水的有效性和可靠性。2线位于茶卡盆地哈尔郭勒，剖面长600 m，布设7个测深点，点距100 m，视电阻率测深曲线见图2，由图2可知，只有1号和13号测点深部视电阻率曲线上翘，结合周边基岩出露情况，推断为花岗岩地层之反映。

图2 2线五极纵轴测深视电阻率曲线图

图3 2线五极纵轴测深综合成果图

2线五极纵轴测深综合成果图如图3所示，由其视电阻率断面图可知，该剖面第四系厚度中间厚，两边薄，且自上而下分布亚砂土、砂砾卵石、泥质砂砾卵石层状明显，分层清晰。主要含水层为砂砾卵石、泥质砂砾卵石层，故推荐孔位在含水层最厚的2线9号点位置。

5.2 五极纵轴测深与钻探结果比较

图4 TK1孔五极纵轴测深与钻探成果对比图

图4是茶卡盆地TK1号孔纵轴电测深曲线。在4～30 m深度范围内，曲线特征为视电阻率ρs值明显偏高(高阻值特征)，是颗粒较粗、孔隙较大以砂砾卵石层为主的电性反映，尤其在30 m处深度曲线ρs最大值特征十分明显，呈高值尖峰状(ρs值为600 Ω·Μ)，向下依次ρs值渐缓偏低，接触界面反映特别清晰、直观，高低峰值由浅到深渐变明显，判断是地下水位埋深变化点(折变处)，推测水位埋深约30 m，钻探成井后静止水位32 m，说明利用ρs曲线折变点大致判断水位线比较准确、可靠，误差值较小。深度48～51 m对应中阻值尖峰状ρs曲线为薄层含泥砂砾石层的电性反映，51～92 m段曲线呈现锯齿状跳跃变化，尽管电阻率值有所跳动(跃变)，但幅值不大，较稳定，推测是大厚度的次高阻粗粒泥质砂砾卵石含水层，92～100.5 m段相对低阻值电阻率75 Ω·Μ左右尖峰状ρs曲线代表间夹一定厚度(约8 m)的亚砂土隔水层，深度100.5 m以下电阻率在200 Ω·Μ左右ρs中阻值曲线异常特征反映为泥质砂砾石弱含水层。钻探取芯结果表明：32～92 m段是地下水较富集的有利地段(该井涌水量达1 250 m3/d)，与纵轴测深曲线折变点解释电阻率参数值岩性对应(深度)厚度变化范围基本一致，与实际水文地质条件也比较吻合，充分说明纵轴测深具有较高的垂直分辨地质目标体的能力，对选择井位(不打干孔)、钻探施工具有积极的前期指导作用。

6 结论

(1)通过五极纵轴测深法，在工区确定了岩性分布和含水层埋深位置，后经过钻探验证，与成果相吻合，说明该方法在第四系似层状地层找水中是合理有效的。

(2)在一定地电条件下，对似层状地质体仍具有分辨能力强，曲线直观，解释简单等优点。应用五极纵轴电测深能否取得满意的效果，关键在于勘探深度、布极和测量电极距MN的选择，当MN>4 m,勘探深度超过100 m时,其分辨能力较低,效果不佳。

(3)五极纵轴测深在50 m以内能发现、探测(探明)到较薄(小于1 m)的地层或较小的地质体，同时在划分岩性、提供水文地质柱状资料，特别是在钻探前能提供地下水位，为电阻率测井提供参数方面，具有非常重要的指导意义。

(4)五极纵轴测深为电法类方法中的“钻探”，但由于在测量过程中测量电极MN沿地表移动，地表浅部介质横向变化会严重影响测量结果，因此，其测点应尽可能地布置在地形平坦、地表土质均匀地段。进而要求施工前必须了解掌握好工区内区域地质、水文地质条件及地形地貌特征，从而提高其方法效果，扩大其应用范围。