联合剖面法与激电测深法在山区找水中的应用

金哲洙，曲鹏志，杨京勋，董博，张博华

吉林省第六地质调查所，吉林 延吉 133001

0 引言

勘查区位于吉林省龙井市方位角90°方向，直距12 km处。地理坐标为东经：129°34′21″～129°34′52″，北纬：42°45′37″～42°46′10″。本次找水工作属龙井市东盛涌镇延东村水文勘查的子项目，延东村为东盛涌所辖行政村，属建档立卡贫困村，总面积30.53 km2，辖11个村民小组、7个自然屯，耕地面积942.84 hm2，以种植玉米、水稻为主。勘查区内地下水资源有益矿物质含量较高， 达到饮用矿泉水标准，为帮扶贫困村创业创收，吉林省地质矿产勘查开发局下属单位对该地区的地下水资源进行了调研、勘查、钻探等工作。

物探方法解决地下一定深度内的地质问题具有很大的优势，在浅地层找水工作中，先找构造，再判断是否富水是最常使用的工作思路；即通常先使用联合剖面法寻找正交点、再使用激电测深法获得激发极化参数，工作效果直观可靠。

1 工程概况

勘查区坐落于延吉盆地南部，属于海兰江及其支流形成的山间河谷平原及轻微切割较平缓低山，海拔标高290～370 m,相对高差80 m。是古生代末开始形成的地堑式断陷盆地，由第四系、白垩系沉积的碎屑岩经长期侵蚀、剥蚀形成的，山岭和水系呈近北西向展布，两侧高中间低，“V”字形冲沟发育，丘陵呈浑圆状，起伏较小，坡度缓和，坡角10°～15°，坡面多垦植为农田。

勘查区内地层有第四系、白垩系。主要岩性为第四系粉质黏土(Q4)，白垩系大砬子组砂岩、粉砂岩(K1dl)等。物探8、9号测线方位角12°，10、11号测线方位角25°，均横跨沟谷，联合剖面法点距10 m，MN=20 m，AO=110 m；激电测深法采用温纳装置，在模数为6.25 cm的对数纸上，取1.5 cm的长度为极距的数值且使其均匀分布。根据8线、9线、10线和11线的测量结果，进行联合剖面法与激电测深法数据的综合分析及解译。

图1 勘查区地质图及物探测线布设Fig.1 Geological map and geophysical survey line layout in the exploration area1.第四系：粉质黏土；2.白垩系下统大砬子组：紫红色砾岩、砂岩夹粉砂岩、泥灰岩；3.等高线；4.水系；5.铁路；6.村宅；7.物探9号测线；8.推断构造。

2 联合剖面法

视电阻率计算公式[1]为：

(1)

在联合剖面法中，采用比值参数λ、G来描述曲线的变化情况[2][3]。

(2)

(3)

联合剖面法测量结果如图2所示。

2.1 8线联合剖面

由比值参数λ曲线可知，1 000～1 024 m区间内λ<1，950～1 000 m区间内λ≥1，且表现为陡峰异常，985 m处λ出现最大值1.26；由比值参数G曲线可知，G=-0.26～0.42，957～994 m区间内出现陡峰异常，970 m处出现最大值0.42。

2.2 9线联合剖面

由比值参数λ曲线可知，895～940 m区段两侧λ<1，895～940 m区间内λ≥1，且表现为双峰异常，925 m处λ出现最大值1.09；由比值参数G曲线可知，G=-0.10～0.20，920 m出现最小值-0.10，930 m处出现最大值0.20。

2.3 10线联合剖面

由比值参数λ曲线可知，λ值整体上均大于1，1 085 m处λ出现最大值1.19；由比值参数G曲线可知，G=-0.12～0.39，1 130 m出现最小值-0.12，1 150 m处出现最大值0.39。

图2 联剖视电阻率曲线图、比值参数λ曲线图、比值参数G曲线图Fig.2 The graph of AMN-MNB measurement, λ of ratio value, G of ratio value

2.4 11线联合剖面

由比值参数λ曲线可知，998～1 047 m区段两侧λ<1，998～1 047 m区间内λ≥1，且表现为双峰异常，1 005 m处λ出现最大值1.14；由比值参数G曲线可知，G=-0.16～0.16，990 m出现最小值-0.16，1 000 m处出现最大值0.16。

推断F1-1、F1-2为构造F1，F2-1、F2-2为构造F2，见图1；为进一步验证联合剖面结果，于F1-1、F1-2、F2-1、F2-2处进行了激电测深工作。

3 激电测深法

采用激电测深法对地层的富水性进行探测，获取电性参数为视电阻率ρs、视极化率ηs、半衰时St、偏离度r。

在工作当中，采用二次场电位差除以总场电位差来表示视极化率，计算公式为：

(4)

极化二次场由断电后的最大值衰减到某一百分值时所需要的时间为衰减时S，而将衰减到一半所需要的时间称之为半衰时St。在找水工作中，经常使用半衰时这个参数[5]，是因为地层富水性越好，二次场的衰减时间越长，半衰时就越大。

偏离度r是指实测放电曲线与“理想”直线方程的拟合误差[6]，使用均方相对误差公式进行计算：

(5)

当地层的富水性较好时，偏离度就较小，且偏离度曲线和视极化率曲线之间呈现一种近似镜像的关系[7]。

激电测深采用温纳装置，取用AB/2为1.2 m、3 m、6 m、9 m、15 m、21 m、30 m、45 m、66 m、90 m、120 m和180 m。激电测深各参数曲线如图3所示。

3.1 8线激电测深

视电阻率ρs曲线呈2层G型曲线，在测量深度区间,ρs=10.7～22.7 Ω·m。当AB/2<9 m时，曲线呈上升趋势，ρs<21.4 Ω·m；当AB/2=9～180 m时，曲线整体较平稳，ρs=18.4～22.7 Ω·m。

视极化率ηs曲线在AB/2<30 m时整体较平稳，ηs=1.26～1.55%；AB/2=30～180 m时，ηs呈逐渐上升趋势，上升段直线斜率约为30°，AB/2=180 m处为最大值，ηs=2.73%。

半衰时St曲线在AB/2<90 m时呈逐渐上升趋势，在AB/2=90 m时达到极大值2 870 ms；当AB/2=90～180 m时，半衰时呈急剧下降后又上升趋势，在AB/2=120 m时达到极小值2 180 ms，在AB/2=180 m时达到测量深度内最大值2 970 ms。

偏离度r曲线在AB/2<21 m时整体呈下降趋势，在AB/2=21～180 m时呈跳跃形态，极值点也较多，这是因为偏离度在计算过程中使用了放电曲线中的所有取样点，抗干扰能力也较高[8]，在AB/2=120 m时出现最小值1.43%，在AB/2=90 m时呈现的低偏离度高半衰时特征表明该深度处地层具有一定的含水性。

3.2 9线激电测深

视电阻率ρs曲线呈3层K型曲线，在测量深度区间,ρs=17.5～27.6 Ω·m。当AB/2<6 m时，曲线呈上升趋势，ρs<27.6 Ω·m；当AB/2=6～180 m时，ρs=17.5～27.6 Ω·m，深部的低视电阻率值表明具有较好的富水特征。

视极化率ηs曲线在AB/2<21 m时整体较平稳，ηs=1.19%～1.35%；当AB/2=21～45 m时，视极化率值呈下降趋势，该范围极小值也是整个测量范围的最小值在AB/2=45 m处，ηs=1.14%；当AB/2=45～180 m时， 视极化率值呈现先陡增后降低的趋势，陡增段直线斜率约为45°，该范围极大值也是整个测量深度内的最大值在AB/2=120 m处，ηs=3.12%，对应的视电阻率呈降低趋势，这种低电阻高极化特征对找水工作较为有利。

图3 激电测深曲线图Fig.3 The graph of IP sounding

半衰时St曲线在AB/2<21 m时呈逐渐上升趋势，在AB/2=21 m时达到该范围极值1 620 ms；AB/2=21～45 m时，半衰时呈现下降趋势，该范围极小值对应极化率的极小值在AB/2=45 m处，St=1 420 ms；当AB/2=45～180 m时，半衰时呈现先增大后减小又增大的突变特征，该范围极大值也是整个测量深度内的最大值在AB/2=90 m处，St=4 520 ms，表明对应深度处的富水特征明显。

偏离度r曲线在AB/2<15 m时呈下降趋势，在AB/2=15～180 m时呈跳跃形态，深部AB/2=66 m和AB/2=90 m处同时出现两个连续的极小值；偏离度r曲线不仅和视极化率ηs曲线在整体上呈现某种同步的升降趋势，在本次工作中，其形态特征和半衰时St曲线呈现出几乎完全对称的镜像关系。最小值在AB/2=90 m处，r=0.41%，该点“几乎”处在了“理想”直线上；且该点对应St最大值，St=4 520 ms，说明该深度处富水性非常好。

3.3 10线激电测深

视电阻率ρs曲线呈2层G型曲线，在测量深度区间,ρs=8.45～21.1 Ω·m。当AB/2<6 m时，曲线呈逐渐上升趋势，ρs<17.1 Ω·m；当AB/2=6～180 m时，曲线整体较平稳，ρs=17.1～21.1 Ω·m。

视极化率ηs曲线在AB/2<6 m时呈整体较平稳，ηs=0.52%～0.6%；AB/2=6～180 m时，ηs呈逐渐上升趋势，上升段直线斜率约为30°，AB/2=180 m处为最大值，ηs=2.24%。

半衰时St曲线在AB/2<120 m时整体呈逐渐上升趋势，在AB/2=120 m时达到极大值也是测量深度内的最大值2 120 ms；当AB/2=120～180 m时，半衰时呈下降趋势。

偏离度r曲线整体呈下降趋势，在AB/2=45 m时出现极大值4.51%，在AB/2=90 m时出现极小值也是测量深度内的最小值1.28%，在AB/2=90～120 m区间呈现的低偏离度高半衰时特征表明该深度处地层具一定的含水性。

3.4 11线激电测深

视电阻率ρs曲线呈2层G型曲线，在测量深度区间,ρs=9.51～20.8 Ω·m。当AB/2<9 m时，曲线呈上升趋势，ρs<20.7 Ω·m；当AB/2=9～180 m时，曲线整体较平稳，ρs=17.1～20.8 Ω·m。

视极化率ηs曲线在AB/2<30 m时变化幅值不大，ηs=1.2～1.64%；AB/2=30～180 m时，ηs呈先降低又上升后急剧下降的趋势，AB/2=120 m处为最大值，ηs=2.49%。

半衰时St曲线在AB/2<30 m时呈整体上升趋势，在AB/2=30～180 m时呈跳跃形态，极值点也较多，在AB/2=120 m时，达到最大值2 930 ms。

偏离度r曲线在AB/2<30 m时整体呈下降趋势，在AB/2=30～180 m时呈跳跃形态，极值点也较多，并与半衰时St曲线呈镜像对称关系，表明该范围地层之间呈韵律分布，或分布多条富水构造；在AB/2=120 m时出现最小值1.6%，该深度对应半衰时的最大值St=2 930 ms，表明该深度处地层具有一定的含水性。

4 综合解译与验证

根据联剖视电阻率曲线可知，8线和10线ρs曲线的梯度较陡，表明平面电性多变化且不连续；而9线和11线ρs曲线的梯度较缓，表明平面电性变化较小且较均匀。

综合四处测深曲线，8线F1-1、11线F2-2的St、r曲线呈跳跃形态，极值点也较多，表明竖直方向上电性多变化且不连续；9线F1-2、10线F2-1的St、r曲线相对来说跳跃程度较少，极值点也较少，表明竖直方向上电性相对来说变化较少。

9线F1-2的AB/2=90 m附近呈现出低电阻高极化、高半衰时低偏离度的激发极化特征，半衰时达到勘查区内的最大值St=4 520 ms，偏离度达到勘查区内的最小值r=0.41%，且高半衰时低偏离度的幅值区也较宽，推断为富水层位，富水条件非常好；半衰时和偏离度在AB/2=90 m后呈现的同步突变的增减对称关系，推断是由于下方还存在一个富水层所致。

根据地区工作经验，推断激电测深法经验深度Hs=AB/4～AB/6，富水层位在30～45 m深度区间，建议钻探深度不低于45 m，视情况而定是否继续验证第二个富水层位。

根据物探结果，钻探点位布置于9线925 m处，设计孔深60 m，钻探至35 m时，遇含水层位，涌水量Q=192 m3/d。

5 结论

本次找水工作中，9线F1-2在平面和竖直方向上电性相对来说变化不多，且正交点附近比值参数λ、G同时出现明显的峰值异常；激电测深呈现出低电阻高极化、高半衰时低偏离度的激发极化特征，且高半衰时低偏离度的幅值区也较宽，曲线形态富水特征明显，层位划分明确，钻探有效验证了推断解译。

地层电性的变化和不均匀，会造成比值参数和激电测深的极值点较多，对确定富水性和解译会造成一定的干扰。

综合使用联合剖面法与激电测深法进行找水工作，合理推断解译，能准确确定构造位置、富水层位及其富水性。

致谢文中的钻探外业工作由吉林省第六地质探矿大队组织实施，作者在此表示衷心感谢！