高密度电法在赣南地区找水中的应用

2021-05-19陈新党项龙云

江西煤炭科技 2021年2期

陈新党，付波，项龙云

（江西省煤田地质勘察研究院，江西南昌 330001）

江西赣南地区地处江西南部，虽处于多雨地带，部分地区却因为地表无含水层而导致浅层无法涵养可饮用水，长期使用地表水生活灌溉，作为赣南地区扶贫工作的一部分，寻找干净地下水成为了当务之急。对此为快速找到可饮用地下水，地球物理勘探先行尤为必要。

1 区内地球物理特征

宁都县位于南岭东段隆起带之宁（都）于（都）坳陷，属华南地层区武功山－雩山地层小区及华南地层区南武夷地层小区，地层发育较齐全，从青白口纪至第四纪地层均有出露；宁都县在区域构造上位于武夷山隆起带的西翼，次一级的武夷山、于山隆起带和宁都沉降带贯穿全区；地质构造发育，构造格架形式多样，其中主要构造形迹为褶皱和断裂构造。变质岩主要分布于区内东部、北西、北东外缘带及南西局部，面积1 741.4 km2。

图1 某测区地质简图及测线布置

自然界中各种岩类的物性特征各不相同(如密度、电阻率、弹性等)，且都差异巨大，这是物探工作的理论基础和物理前提，也是物探工作进行地质解释的根本依据。对区内地质条件进行调查后我们得出结论：此次物探工作涉及的基岩岩性主要有红砂岩、白云岩、花岗岩等，各类岩石电阻率范围通常为：红砂岩电阻率在10～102Ωm，白云岩102～103Ωm，花岗岩102～105Ωm之间，本区除岩浆岩侵入作用外，地质作用较弱，因此地层平缓。因各地层透水性不同，地层之间存在较为明显的电性差异，并且当地下岩层存在断裂破碎带时，地下水的渗入以及断层间的充填物会导致电阻率的明显降低，形成明显的低阻异常圈闭，这为高密度电阻率法勘察断裂裂隙带、断层接触面、岩溶等提供了必要的地球物理条件。

2 物探工作方法及工作原理

物探电法中高密度电法的工作原理与其他电阻率法诸如电阻率测深法、剖面法等类似。它们都是以地下岩土体的电阻率差异为勘探基础的一类物探方法，通电时在测区地下形成电场，仪器记录电流大小，并根据设置的施工参数自动计算各区间卡尼亚电阻率。高密度电法通过室内设计的点位和线位，使用RTK放样一次同时布置工程施工所需电极数，各个电极通过电缆连接，最终连接到电极转换器与主机相连，操作员通过仪器上的接线柱以不同的接线方式将这些电极组合成指定的电极装置，输入预设电极距和电极数，进而用高密度电法仪快速完成观测断面的多个测点上的电阻率法观测，通过自动化处理的方式节省大量时间和人力便可取得大量原始电性数据，之后配合数据处理，解释并成图，高效自动化的优点使其能适应各种地质勘查任务的要求，近几年主要用于工程找水、岩溶探测、工程勘察等方面。

本次勘察要求探测100 m以浅的地层地下水含水条件，根据任务目的结合本地区地质条件，确定了本次物探野外施工所采用的方法为：高密度电法勘探，采用10 m极距。具体在本次找水勘察任务中，地下水在实测电阻率曲线中表现为低阻异常区圈闭，在找地质构造裂隙断层方面的表现为电阻率的大幅变化引起的横向异常。

3 装置选择

工程实践中，高密度电法中常用的电极装置有施伦贝谢尔装置和温纳α装置。此次物探勘察前期在洛口镇刘均前村的9291线分别采用了温纳ɑ装置和施伦贝谢尔装置进行了测量对比。经过室内处理和反演，得到以下反演图（见图2、图3）。其中横坐标表示距离，单位m；纵坐标表示深度，单位m；左下标为视电阻率，单位Ω.m。

从图2、图3可以看出两种装置在探测深度范围内，视电阻率异常变化基本一致。均在310 m测距处存在一倾向小号的岩性分界面：在0～310范围内基本表现为低阻，和地表为红层相符；310以后表现为高阻，和地表为强风化花岗岩相符。

图2 9291测线温纳ɑ装置反演

图3 9291测线施伦贝谢尔装置反演

本次试验可见温纳装置总体探测深度较施伦贝谢尔装置更深；但其探测有效深度范围较施伦贝谢尔要窄。其次，温纳装置对于电性层分界明显，受干扰小，适合进行分层探测；施伦贝谢尔装置对垂向电性异常灵敏，分辨率较高，适合探测局部异常。

综上，结合本次勘察任务及地质条件，本工区采用更具有稳定性的温纳装置进行测量。

4 赣南找水实例与效果

4.1 洛口镇刘均前村

图4 9291线反演

本区地表广泛分布花岗岩、白垩纪红层，在电阻率上分别表现为明显的高阻和低阻，下图为9291线测量反演结果图，图中可见一明显电阻率突变面，地表位置大致为300 m处，根据当地地层出露(见图1)情况判断，此处为红层与花岗岩断层接触面,可判断为花岗岩裂隙水钻孔有利点。

9293线在测线140 m处可见一低阻异常圈闭，判断此处为相对含水有利地段（见图5）。

图5 9293线反演

4.2 赖村镇新民村

本区地表亦广泛分布花岗岩、白垩纪红层，不同岩性的电阻率属性同实例1相似，101506线300 m标线位置、101507号线300 m标线位置为电阻强烈变化过渡带, 推测为红层与花岗岩断层接触面、101506线400 m标线位置为相对围岩低阻圈闭异常区域，推测为裂隙带的反映，分别为区块内含水有利点（见图6）。