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直流电阻率法在寻找地下水中的综合应用

何中江 HE Zhong-jiang(四川省地质工程勘察院,成都 610072)(Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation,Chengdu 610072,China)摘要: 为避免单一勘探方法的多解性,提高勘探的准度与精度,在某区的物探找水实践中,综合运用高密度电阻率法,对称四极电测深法、电阻率测井三种方法进行勘探,查明目标井位附近区域的岩性,推断地层的含水性,并根据勘探结果划定钻井布设的合理位置。Abstract: In order to avoid the uncertainty of single exploration method, improve the accuracy and precision of the exploration, the high-density resistivity method, symmetrical four-pole sounding method and resistivity logging are synthetically used in the practice of geophysical prospecting groundwater exploration to identify the lithology of adjacent region of the target location, infer the aquosity of stratum and according to the exploration results to delimit the reasonable location of the borehole layout.教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 : 高密度电阻率法;对称四级电测深;电阻率测井;地下水
Key words: high-density resistivity method;symmetrical four-pole sounding;resistivity logging;underground water中图分类号:P331.3 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2015)02-0047-030 引言电法勘探是以介质的电磁学(如导电性、导磁性、介电性)或电化学特性差异为基础,查明地下地质构造解决地质问题或寻找电性不均匀体的一类勘探地球物理方法。广泛应用于寻找金属、非金属矿床、勘查地下水资源和能源、解决某些工程地质及深部地质问题方面。含水岩土介质的电阻率相对较低,并且与含水量以及水中溶解的矿物成分有关,因此在缺水地区寻找地下水的工作中,各种电法勘探往往成为最常用的勘探手段。根据含水介质与围岩之间的明显电性差异,结合水文地质资料,可以查明地下富水体的位置,并划分含水地层。目前用于地下水勘探的电法主要有直流电阻率法、激电测深法、激发极化法、大地电磁法、充电法等多种。本文根据工区水文地质条件,因地制宜选择直流电阻率法中的三种不同方法,综合应用来弥补单一方法多解性造成的错误认识和判断,对某区进行勘探,旨在获取地下岩性变化特征,寻找含地下水丰富的地层。1 区域水文地质概况工区地层主要为第四系全新统冲积层、第四系坡洪积和三叠系杂谷脑组。地貌类型为侵蚀堆积地貌的河漫滩和一级阶地。该区域河漫滩孔隙水和第四系一级阶地孔隙潜水主要受大气降雨及河水补给,其径流条件好,径流途径短,其动态变化受气象因素控制。补给面积大,地下水丰富。按地下水的赋存条件、水理性质及水力特征,目标井位附近为第四系一级阶地孔隙潜水、第四系坡(洪)积裙(扇)孔隙潜水和基岩风化网状裂隙水三大类。1.1 第四系一级阶地孔隙潜水 一级阶地含水层组以冲积砂卵石和砂砾石层为主,上覆的亚砂土较薄,加之溪沟纵横,有利于孔隙水接受溪沟、河流补给,地下水富水性相对较好。1.2 第四系坡(洪)积孔隙潜水 第四系坡洪积发育于沟谷两侧的斜坡地带,倾向河沟,但不利于大气降水入渗补给,富水性相对较差。1.3 风化带网状裂隙水 风化带网状裂隙水一般砂岩较板岩富水性好,该区砂岩的裂隙率一般在2-3%,而板岩裂隙率一般小于1.5%,调查区基岩多为复式紧密褶皱,岩层倾角多在45°以上,由于风化强烈,裂隙发育,裂隙率0.8-2.93%,为地下水储存提供了良好的空间,且地形切割深度不大,一般100-300m,地形起伏较缓,对地下水的补给汇集创造了条件,因此富水性相对较好。2 勘探方法的选择直流电阻率法是以岩层的电祖率差异为前提的地球物理勘探方法。不同岩性电阻率不同,而同一岩性因受组成矿物的种类与含量、风化破碎程度、含水性等因素的影响,其电阻率值往往也存在较大差异。结合地质资料与前期的现场试验,勘探范围内各岩性之间存在明显电性差异,具备开展物探工作的条件。工区勘探范围内各岩性的电阻率值统计如表1所示。结合工区的实际地质情况以及勘探任务要求,采用高密度电法并结合对称四极电测深法进行勘探,并对已有钻孔进行普通电阻率测井,以了解工区下伏各地层的含水情况。2.1 高密度电阻率法 高密度电法兼具剖面法与电测深法的效果,并具有点距小,数据采集密度大的特点,将所得的大量数据利用现代反演技术直接反演成电阻率剖面图,利用反演所得成果,能够对岩体、土体的界线作出划分,同时对构造造成的异常区域进行划分。本次高密度电法勘探采用温纳装置,测量时,M不动,A、N、B逐点从两边向M移动,直到A到达M前一个电极,得到一条滚动线;接着M向右移动一个电极间距,A、N、B逐点从两边向M移动,得到另一条滚动线;依次类推(如图1),通过对地表不同部位人工电场的扫描测量,得到视电阻率断面图像。这样,由此来了解地下介质视电阻率ρs的分布,根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。2.2 对称四极电测深 电测深法作为传统的单点观测方法,通过正确的工作布置和解释,可以确定勘察区内各个岩层的电阻率值变化规律,并获取单点的地层解释深度,以此对高密度电法反演成果图进行校正,可以使高密度电法反演结果的解译更加科学可信。本次直流电测深法采用对称四极装置,测量时,0点不动,AB 逐点向两边移动,得到一条视电阻率曲线(见图2);接着移动O点,这样通过对地表不同部位人工电场的扫描测量,得到剖面上不同位置的视电阻率曲线,通过解译曲线来了解地下介质视电阻率ρs,根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。2.3 电阻率测井 电阻率测井是以研究岩石电阻率为基础的一种测井方法,它是通过测量人工电场沿着井剖面的变化来反映岩石电阻率变化,从而确定地层的岩性及厚度等。其勘探原理如图3所示,现场勘探时,沿井提升仪器,可以得到一条随井深变化的电阻率曲线,即为电阻率测井曲线。3 勘探结果分析在工区内的目标井位附近布设多条测线进行高密度电法勘探,使已有钻孔尽量在测线位置上,此外在测区内选取若干点进行对称四极电测深,辅助高密度电阻率法进行解释。对已有钻孔进行电阻率测井,用于检验并校正高密度电阻率法的反演解释结果,消除因反演的多解性带来的偏差乃至错误解译。根据勘探结果,本文选取其中的一条测线A进行分析解释。图4为工区典型的对称四级电阻率测深曲线。通过分析可以得知:该电测深曲线类型是“HK”型,结合具体地质情况分析其电性层与岩性相关关系为:ρ1(表层土)>ρ2(粘土)<ρ3(砂卵石)>ρ4(砂岩),在解译时,把曲线“H”点定义为粘土层底板线,把曲线“K”点定义为砂卵石层底板线,在定性解译的基础上,对电测深曲线进行了定量解译,通过解译可以得知:在该点处,粘土层底板埋深3.7m左右,卵石层底板埋深19.5m左右,覆盖层以下为砂岩,电测深曲线未揭穿该层。通过对各剖面电测深曲线的分析和解译,得到各剖面地下岩性层分布的大致情况,以此为基础,对高密度电法反演成果图进行解译。高密度电阻率法野外采集的数据经过反演计算,转换为深度—电阻率的关系,以获得地下地电断面的特征。反演处理主要包括:根据地质调查资料建立初始的二维地电模型、选择反演参数(阻尼系数、迭代次数、收敛极限)等,然后采用最小二乘法,查看反演结果,最后进行地形校正,得到工区的高密度电法反演断面如图5所示。从图5中可看出:纵向上电阻率值自上而下呈低→高形态,从横向上看,除剖面末端外,同一深度范围内,电阻率值变化不大,由此可以推断,剖面所揭露的地层岩性分布较为均匀,通过分析具体地质资料和电测深资料,推断上部高阻区域划分为砂卵石层,其电阻范围值为180~320Ω·m,且卵石层厚度分布不均匀,在剖面中段,卵石层较厚,其最大厚度达到27m,而剖面两端,卵石层厚度较小,厚度最小处只有4.4m左右,卵石层以下,电阻率值明显降低,为45~80Ω·m,推断该低阻区域为砂岩,勘察深度内未揭穿该层,另外,由于基岩强风化带在成果图上反映不明显,因此未对基岩风化带界线进行划分。通过对比SK3号孔电阻率测井曲线(图6)和现场资料可知:测井段全部在砂岩层中,电阻率测井曲线在井深8.6m~12.4m段,电阻率值明显较小,最大视电阻率值只有34.5Ω·m左右,明显小于较深部地层的电阻率值,该层与图3-2中浅部的低阻区域对应关系良好,钻探揭示该段砂岩为强风化层;12.4m以下,视电阻率范围在50~100Ω·m,为中风化砂岩。4 结论通过三种电阻率法的综合应用,可以得到如下结论:①目标井位附近覆盖层主要为砂卵石,且卵石层厚度分布不均匀,由于卵石层孔隙率较大,因此其对地下水具有很好的渗透性,砂卵石层以下为强~中风化砂岩层,对地下水也具一定的渗透性,在有水源补给的情况下,剖面揭露的岩性层都为含水层,因此该剖面适合规划布置钻井。②直流电阻率法对含水地层反应较灵敏,并且具有抗干扰能力强、原理成熟、解译简单快捷等优点,可以有效合理地指导井位的选择。本次物探工作采取了高密度电法结合对称四极电测深法的方法,使解译精度比单一方法有所提高,此外,对已有钻孔采用电阻率测井方法,可以更好地反映工区地层岩性空间展布、含水性等实际情况。教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献
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