物探电法在矿区找水中的应用

李 佳，王 斌

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南 郑州 450000）

1 矿区水文地质条件

矿区地下水分为松散岩类孔隙水及碳酸盐岩岩溶裂隙水两种，松散岩类孔隙水主要分布于老灌河、淇河及其较大支流的河床、漫滩和Ⅰ-Ⅱ级阶地上。含水层岩性主要为上更系统、全新统中粗砂、砂卵砾石、砾砂、砂砾质砂。岩溶裂隙水主要含水岩组为震旦系灯影组、中上寒武系及奥陶系下统含水岩组。震旦系灯影组岩层岩溶发育不均衡，富水性较差。奥陶系下统地层构造裂隙切层性强且延伸远，有利于地下水循环和岩溶发育，常形成层状溶洞，富水性较强。中、上寒武系可溶岩地层岩溶发育程度相对于奥陶系下统、震旦系灯影组可溶岩稍弱，但由于经受多期次构造活动，节理裂隙发育，节理裂隙延伸远，切层性强，且经后期溶蚀、节理裂隙连通性好，为区内较好的岩溶裂隙水富集带。本次水文地质勘查工作重点为中上寒武系、奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙水。

2 矿区地球物理特征

通过收集以往钻孔测井资料和地面物探解释结果及实测标本成果，经分析研究，区内各类岩性物性特征见表1。粘土的电阻率最低，基岩风化壳、岩溶和构造破碎带电阻率较低，砂砾石的电阻率较高，白云岩、泥质白云岩、灰岩、泥质灰岩最高，上述岩性之间存在比较明显的电性差异；根据激发极化找水教材，当岩溶和构造破碎带含水时，其极化率较高；因此在矿区内利用物探寻找岩溶和构造破碎带及含水性具备地球物理前提。能够较好的划分第四系与基岩的分界面、岩溶和构造破碎带的位置、厚度及含水性。

表1 各类岩性物性特征

3 工作方法

根据测区情况和工作目的，本次物探工作主要采用联合剖面法和激发测深法。使用仪器为重庆地质仪器厂生产的DZD-6A多功能直流电法（激电）仪，具有测量多参数的功能。

（1）联合剖面。联合剖面采用AO=90m和AO=180m两个极距，MN分别为20m和40m，点距为20m。“无穷远”电极垂直剖面布设，距测线的距离大于5倍AO，AO为1500m。

（2）激电测深。激电测深点距20m，电极距AB/2min=3m，AB/2max=450m，采用温纳尔对称四极装置。激电测深工作的布极方向受地物影响较大，一般采用垂直剖面方向，特殊地段采用无障碍物的方向布极。

4 物探资料的整理与解释

4.1 联合剖面解释

在勘查区重点部位进行了联合剖面工作，从电阻率联合剖面上看(见图1)，在AO=90m联合剖面上，在53.8/2出现比较明显的低阻正交点，说明在剖面的正交点处有低阻带存在，结合地层岩性，分析也是地质界线的反应。在AO=180m的电阻率曲线上述正交点也有明显的反映，说明该低阻带具有较大的延伸，大（AO）极距的正交点比小（AO）极距的正交点位置南移，说明低阻带向南倾。根据水文地质条件，奥陶系中统（O2）地层阻水带，再结合以往凿井实例，在矿区含水有利地段应在查明的低阻带附近及以北的奥陶系下统（O1）地层中寻找。

图1 联合剖面ρs曲线图

4.2 激电测深解释

结合联合剖面和水文地质资料，进行了激电测深工作，经过对资料的整理，绘制了测深曲线、等值线断面图。

定性解释。测深曲线类型主要以A、HAA、HKH型为主；各种类型的曲线在不同的地质单元上，所反映的电性层有所不同，分析如下。

A型曲线：该类型曲线主要出现在基岩出露地带，曲线首支是地表粘土（砂土）的和基岩严重风化的反映，首支上升部分是基岩较风化反映，曲线尾支上升段是完整泥灰岩、白云岩、灰岩的反映。

HAA型曲线：曲线首支是地表干燥粘土（砂土）的反映，首支下降段粘土（砂土）的反映，中部上升部分是砂卵砾石层或完整基岩（泥灰岩、白云岩）的反映，曲线缓升或平台段是岩溶、构造破碎发育的反映，曲线尾支上升段是完整泥灰岩、白云岩、灰岩的反映。

HKH型曲线：曲线首支是地表干燥粘土（砂土）的反映，首支下降段粘土（砂土）的反映，中部上升部分是砂卵砾石层或完整基岩（泥灰岩、白云岩）的反映，曲线缓降或平台段是岩溶、构造破碎发育的反映，曲线尾支上升段是完整泥灰岩、白云岩、灰岩的反映。

从激发极化参数分析，极化率ηa、半衰时Th、综合参数Zp三参数在不同地层或含水层段都有较明显的变化规律和特征。一般情况下ηa参数的背景值在0.5%～0.8%之间，异常值在0.8%～2.8%之间；Th参数的背景值在0.6-0.9之间，异常值在0.8以上；Zp参数的背景值在0.6左右，异常值在0.8以上。ηa、Th、Zp三参数的上升段通常是含水岩溶、构造破碎带的发育地段的反映，依据ρa、ηa、Th、Zp四参数幅值大小、强弱的变化规律来综合判断和划分含水岩溶、构造破碎带的发育的空间位置。ηa、Th、Zp三参数的异常一般出现在ρa曲线的下降段或缓升段、平台段，这些部位是寻找地下岩溶、构造裂隙带水的有利部位。

通过对ηa、ρa等值线断面图（见图2）的形态分析可知，在AB/2=15米左右ρa等值线呈低阻，其值在20ΩΜ左右，是粘土(砂土)的反映；等值线的起伏变化反映了粘土(砂土)层厚度的变化规律。在AB/2=15-120m之间，ρa等值线在剖面南段比较稀疏，呈相对低阻反映，是岩溶、构造裂隙发育反映；在剖面的北中部ρa等值线比较密集，是完整基岩的反映，也说明基岩岩溶、构造裂隙不很发育。ηa等值线在ρa等值线呈低阻或稀疏地段均有异常反映，其值在1.0%左右，说明岩溶、构造裂隙充水性较好，是寻找地下水的有利地段。在AB/2=120m以下ρa等值线的梯度较大，上升较快，没有比较明显的畸变现象，说明在该区的深部基岩比较完整，岩溶、构造裂隙不发育。

图2 激电测深ρs、ηs等值线断面图

由上述定性分析可知，该区各剖面南段奥陶系地层之上覆盖有厚度不等的第四系地层，其厚度0m～15m，剖面北段奥陶系地层出露地表，第四系地层基本上呈南段厚，北段薄的趋势。奥陶系O1地层在150m以上在剖面的南段有比较好的岩溶、构造裂隙发育带，具有良好的地下水径流通道和储水空间。

根据定性分析结果和已知井的用水量，把该区含水性可划分为两类Ⅰ类含水地段（O1、O2地层接触带附近）其单井涌水量在100吨/时左右，Ⅱ类含水地段（O1、O2地层接触带以北）其单井涌水量在50吨/时左右。

定量解释。电测深曲线的定量解释主要采用传统量板法和经验法（畸变的电测深曲线），通过测深曲线解释结果与钻探结果对比（见图3）可知，两者基本吻合，说明解释方法正确，解释准确可靠。

图3 测深曲线解释结果与钻探结果对比图

由定量解释结果可知，在勘查区，第四系覆盖区粘土层厚度0m～15m左右，北薄南厚；基岩埋深在0m～15m，岩溶、构造裂隙发育段的埋深在25m以下，厚度在50m～100m之间；180米以下为比较完整的基岩。

5 结语

通过对物探资料的整理、分析与解释，测区的地电特征、岩溶、构造裂隙发育情况和富水性有了比较明确的认识。确定了震旦系与寒武系、奥陶系O1与O1地层在第四系覆盖区的接触位置，查明了隔水岩组与含水岩组分布位置，为凿井施工提供了靶区。在水文地质勘查中，利用联合剖面法和激电测深法相互结合，以联合剖面曲线确定构造的范围和走向，再用激电测深确定岩溶、构造的位置，综合分析，取长补短，能够获得较好的找水效果。