贫水山区的综合物探法找水研究

张赞萍，狄红伟

(河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，河南 郑州 451464)

目前，用于找水的综合物探法越来越多样化，同时，各个贫水山区地质条件存在一定的差异，如果仅仅采用单一的物探法，很难全面认识地质内部构造，不利于地下水资源的侦查，因此，为了弥补单一物探法的局限性，实现不同物探法的优化组合，如何将综合物探法科学应用于贫水山区找水领域中，是相关人员必须思考和解决的问题。

1 水文地质及地球物理特征

1.1 水文地质条件

测区总体地势呈现出中间低、四周高特征，地形高程通常在285～460 m之间，因此，该地形属于构造地带，具有一定的侵蚀性和剥蚀性。在地表分水岭附近，水体逐渐向北东方向流去，水体总体汇集量达到了5.5 L/s。工作区附近的水系没有出现发育现象，仅仅经过季节性小溪，没有其他地表河流。测区地层包含两种叠系，一种是三叠系，另一种是二叠系，其中，三叠系主要以大冶组灰岩为主，二叠系主要包含大隆组硅质岩、龙潭组砂页岩和孤峰组硅质岩，其中，龙潭组砂页岩大面积暴露在各个工作区的中部，与孤峰组硅质岩之间存在一定的断层接触关系，同时，孤峰组硅质岩具有产状变化量大、裂缝水资源含量少等特征，因此，该岩石属于隔水层；栖霞组灰岩分布的地区主要以工区南部为主，与孤峰组硅质岩相接触，因此，该灰岩属于含水层，整体倾角在6°～22°之间，另外，在工区中部地带，含有大量的灰岩，其埋藏深度存在一定的差异性。此外，水文地质在内部构造方面，除了含有西北角斜层外，还含有断裂层，为后期更好地控制和调整岩石的倾角，实现对相应断层的科学控制打下坚实的基础。

1.2 地球物理特征

测区不同岩石电阻率如表1所示，从表中的数据可以看出，该岩石电阻率的电性特征为：栖霞组灰岩和马坪组白云质灰岩均属于高阻，这两种类型的灰岩平均电阻率均达到了2 000Ω·m以上；大冶组灰岩和孤峰组硅质岩均属于中高阻[1]，其平均电阻通常在1 000～1 500 Ω·m；大隆组硅质岩属于中低阻，其平均电阻率达到了540 Ω·m；龙潭组砂页岩属于低阻，其平均电阻率在100 Ω·m以下，由此可见，地层岩石不同，其表现的电性也存在一定的差异，这为后期更好地侦探地球物理特性打下坚实的基础。经过综合分析后，发现本次综合物探工作在开展的过程中，要以使用孤峰组硅质岩和栖霞组灰岩为主[2]，通过综合运用高密度电阻率法、激电测深法和音频大地电磁测深法，以达到快速寻找地下碎带和岩溶发育带的目的，为后期顺利找出和使用地下水资源，提高地下水资源的利用率发挥出重要作用。

表1 测区不同岩石电阻率

2 工作技术方法

测线数量达到了三条，垂直地层主要借助赋水构造优势，按照特定的顺序，依次穿过以下三种地层，分别是6号线的龙潭组地层、8号线的孤峰组地层和10号线的栖霞组地层。各条测线之间的间距为200 m，同时还要将点距和方位角分别设置为15 m和132°。首先，在综合考虑地下裂缝发育程度、地表分布特征的基础上，通过充分利用数控技术，实现对高密度电阻率测量系统的开发和应用[3]，同时，还要利用施伦贝尔装置，采用高密度电阻率法，完成相应的测量。其次，还要利用二维反演程序，采用最小二乘法，对其进行反演处理，此外，为了进一步提高反演处理效率和效果，还要采用反复迭代法[4]，尽可能缩小约束均方误差，以达到有效控制电阻测量结果的精确性和真实性，以保证最终的测量结果符合相关标准和要求，只有这样，才能形成系统、完善的反演电阻率断面体系。另外，为了充分发挥和利用综合物探法的应用优势[5]，相关人员还要在保证高密度电阻率测量结果准确的基础上，将激电测深法应用于贫水山区找水领域中，并将点距和供电极距分别设置为30 m和500 m，同时，还要将观测时间和供电周期分别设置为200 ms和16 s，以达到充分利用相关参数，解决低阻异常问题，为后期开展测量结果定性分析工作提供重要的依据和参考。在此基础上，还要将水文地质工作落实到位，严格按照由表及里、循序渐进的顺序，充分利用音频大地电磁测深法，完成对中深部空间的科学化、规范化测量，这样一来，不仅有效地验证了浅部异常特征的可靠性和稳定性，还有效地弥补了常规电法的局限性，为提高深度测量结果的真实性和全面性发挥出重要作用。另外，相关人员还要使用工作仪器，将成像观测系统的观测模式设置为标量模式，同时，还要将点距、电偶极距和测频段分别设置为30 m、32 m和100 000 HZ，最后，还要使用Procsamt软件，实现对相关文件信息的收集和整理，为后期更好地剔除和简化个别突变数据打下坚实的基础。同时，为了充分发挥和利用中值滤波法的应用优势，相关人员还要采用静态位移法，对二维带地形进行反演处理，为后期解决贫水山区居民饮水问题，提高地下水资源的利用率产生积极的影响。

3 成果解释

3.1 高密度电阻率法

工作区3条测线的高密度电阻率法二维反演断面如图1所示，从图中可以看出，6号线的龙潭组地层、8号线的孤峰组地层和10号线的栖霞组地层的平均电阻率低于100 Ω·m，低阻岩石具有电阻率变化稳定特征，通过综合考虑地表特征以及各个岩石电性特征，可以精准地推断和判定龙潭组页岩内部结构，为后期更好地寻找和使用地下水资源创造良好的条件。另外，位于东南段的岩石平均电阻率普遍较高，这是由于上覆孤峰组和栖霞组灰岩之间发生了一系列的综合反应。另外，三条测线的地下深埋深度在20～60 m之间[6]，表现出了一定的低阻异常问题，异常阻值小于200 Ω·m，同时，在平面位置处，三条测线呈现出的分布形状为带状，并在两侧高阻之间的浮动。另外，当出现电阻异常值时，相关人员要使用孤峰组硅质岩，将水平投影距离设置为100 m，从而有效地解决地表断裂问题，同时，还要将三条测线的整体曲度设置为77°，倾斜方向设置为北面，倾角设置为82°。

图1 工作区3条测线的高密度电阻率法二维反演断面

3.2 激电测深法

在使用激电测深法的过程中，为了找出地下水资源，相关人员要在综合考虑高密度电阻率法测量结果的基础上，选出10号线栖霞组地层测段，测段长度达到了375～645 m，工作区10线激电测深视电阻率(上)、视极化率(下)断面如图2所示。从图中可以看出，低阻分布特征满足高密度电阻测量相关标准和要求，同时，还要根据电阻率差异变化特征，科学控制和调整高极化闭合特征，确保异常呈现出带状分布特征，并在615 m位置处，科学调整背景值，确保正整体颜色的鲜明性。由此可见，导致高极化异常问题出现的原因是岩溶裂缝和扩物质填充。由此可见，激电测深法具有非常高的有效性和可靠性，通过利用该方法，。不仅有利于快速地寻找地下水资源，满足贫水山区居民饮水需求，还能实现高地下水资源的循环利用，为解决贫水山区水资源短缺问题提供了重要的技术手段，因此，关于这一方法的运用一定要引起相关人员的关注和重视。

图2 工作区10线激电测深视电阻率(上)、视极化率(下)断面

3.3 音频大地电磁测深法

通过采用音频大地电磁测深法所获得的测量结果如图3所示，从图3中可以看出，在海拔为470～530 m的测段中，出现高阻闭合现象，出现这一现象的原因是孤峰组硅质岩，另外，在生马坪组白云灰岩的不良影响下，剖面南部呈现出大面积高阻现象，但是，在海拔为375～678 m之间，出现大面积低阻现象，同时，在断层结构附近位置，两侧裂缝出现较为明显的发育现象，为后期更好地寻找地下水资源创造良好的条件。另外，在音频大地电磁测深法的应用背景下，相关人员还要综合考虑贫水山区地表地貌特征，确保地下水资源开采的效率和效果，只有这样，才充分发挥和利用音频大地电磁测深法的应用优势，解决贫水山区居民用水问题，为促进当地经济的快速发展发挥出重要作用。

图3 测区10线音频大地电磁测深二维反演电阻率断面(上)及地质推断解释(下)

4 钻孔验证

通过运用以上物探法，发现贫水山区出现的根本原因是断裂构造不良影响所导致的，同时，为了寻找更多的富水地段，找出更多的水资源，相关人员还要重视钻孔验证工作的有效落实。为此，要针对地表内部断裂程度推测结果，严格按照特定的顺序，在指定的位置布设三个钻孔，三个钻孔分别为ZK01、ZK02、ZK03，并对最终的布设效果进行一一验证。其中，ZK01钻孔主要位于地表附近，孔深达到了150.5 m，同时，还出现了地表断裂现象，这说明该孔的填充效果较好。而ZK02钻孔和ZK03钻孔分别布设在孤峰组硅质岩的断裂位置处，ZK02孔深达到了114.3 m，所含的水岩组主要以栖霞组灰岩为主，ZK03钻孔深达到了110.2 m，所含的水岩组主要以孤峰组硅质岩为主，纵观抽水试验结果，发现，ZK03钻孔的静止水位和出水量分别达到了9.1 m和256 m3/d。经过统计发现，三个钻孔出水量累积后达到了635 m3/d，取样分析处理后，发现水质满足居民生活用水标准和要求，这样一来，不仅有效地解决了贫水山区居民的饮水问题，还为农田灌溉提供了充足的水资源，为极大地提高地下水资源的利用率，实现地下水资源的循环利用提供有力的保障。

5 结语

综上所述，通过落实物探工作，得出以下四个结论：(1)通过采用高密度电阻率法，对地下水资源进行浅部探测，可以根据当地地层岩石的特性，精准、高效地确定灰岩顶界面的所在位置信息，为后期更好地推断和解决当地隐伏断裂构造问题提供重要的依据和参考。(2)通过利用激电测深法，可以精准地控制和调整高电阻和低电阻的分布范围，确保高低电阻分布范围符合相关标准和要求，从而进一步地提高电阻率结果的真实性和精确性。同时，还能科学推断当地的裂缝问题，从而实现对地下水资源分布特征的全面了解和把握。(3)通过利用音频大地电磁探测法，不仅可以有效地验证当地断裂的深埋范围，还能提高电阻的规模和强度，为后期更好地侦查和控制断层活动范围，提高岩层缝隙发育速度打下坚实的基础。(4)纵观地形地貌特征，通过使用地质图，采用地质图初步分析法，对贫水山区的水资源进行全方位分析和判断，并在运用综合物探法的基础上，采用钻探验证的方式，获得岩溶裂隙水量达到了得635 m3/d，这说明了综合物探法具有非常高的有效性和可靠性，为后期更好地寻找地下水资源，提高地下水资源的利用率发挥出重要作用。