鲍世才,马 彪
(甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院,甘肃 天水 741020)
基岩山区地下水主要为基岩裂隙水,其受地质构造的制约,分布极不均匀,由于地形、地貌及地质构造复杂性的影响,常规水文地质方法寻找富水地段盲目性大,且非常费力、费时,工作效率低,造成基岩裂隙地下水勘查难度较大。电法勘探是山区找水的有效辅助手段,针对基岩地下水的特点,合理选择有效的物探方法组合,能够查明控水构造的位置及产状,选择最佳地段布井,能取得良好的应用效果。
勘查区位于贺兰山-北秦岭构造的接触地带,由于多次强烈的构造运动,区内断裂构造发育。受地形条件限制,物探剖面布设在沟谷内,涉及地层简单,除表层几米厚的第四系沟谷堆积物外,主要为华力西期花岗岩,其在沟谷两侧均有出露,勘查区花岗岩分布面积约3 km2。由于花岗岩为脆性岩石,受构造运动的影响,岩体内断裂构造及构造节理十分发育,可形成几十到数百米宽的断裂破碎带,使之成为地下水储存、运移的良好通道,有充沛的补给源时,岩体内的断层破碎带往往赋存有丰富的地下水。
区内第四系沟谷堆积物电阻率变化范围较大,一般20~200Ω·m,极化率小于 0.7%,完整的花岗岩电阻率大于500Ω·m,极化率1% ~1.5%,随着构造节理及裂隙发育程度的增加岩石电阻率将降低,极化率增高,花岗岩体内断裂破碎带的电阻率小于100Ω·m,极化率最高达3.5%。由此可见,在该区利用物探方法寻找构造破碎带进而寻找基岩地下水具备地球物理前提。
选用对称四极激电测深法和音频大地电场法。对称四极激电测深法采用非等比装置,最大 AB/2=750 m,数据采集过程中采用单向长脉宽供电,供电时间30 ms,一次场延时1 000 ms,二次场延时 150 ms,二次场采样宽度 100 ms。音频大地电场法测量点距20 m,MN=20 m,MN沿测线方向排列,测量频率 17.4 kHz。
图1是3线物探综合剖面图,由图可见,音频大地电场曲线呈“U”型,在剖面0~600m及850~1500m段大地电场幅值一般在0.7 mV上下摆动,在600~850 m段大地电场幅值较低,仅0.3 mV左右,低值部分较宽且较平缓,异常幅值80%,这种异常多为规模较大的富水断裂破碎带的显示,推测该段为断裂破碎带。在ρs断面图上,剖面浅表层电阻率在20~200Ω·m,是浅部第四系堆积物的反映,其下部电阻率多大于100Ω·m,最高500Ω·m左右,为花岗岩的反映,电阻率不很高,表明岩石节理及裂隙较发育;在剖面13号点(750 m处)深部有一电阻率小于60Ω·m开口朝下的低阻等值线半封闭圈,两侧电阻率等值线陡立,表明该段有一陡立的低阻层,在二维电阻率反演剖面上显示更加清楚,可以清楚地看到有一延伸较深的倾斜低阻带,进一步证实了低阻层的存在。在花岗岩体内一般不会有其它低阻地层,这种延伸较深,范围较大的低阻带很可能是岩体断裂破碎充水所致。在等ηs断面图上相应位置为极化率大于2%的高值封闭圈,而其它地段极化率多小于1.5%,表明该段富水。从以上分析可知,在剖面13号点附近音频大地电场曲线、等ρs断面图及等ηs断面图上均有异常显示,不同方法相互补充,相互映证,这种低的音频大地电场值、低电阻率、高极化率的异常特征都符合断裂破碎带的物探异常特征,充分表明该处很可能有规模较大的断裂存在。
图1 3线电测深综合剖面图
图2是13号点激电测深结果,图中绘出了ρs曲线、ηs曲线和综合参数 Z曲线。由图可见,ρs曲线呈 HKH型,其岩性组合应为:第四系堆积物(干)-第四系堆积物(湿)-花岗岩(相对完整)-花岗岩(破碎)-花岗岩(相对完整),当AB/2=65 m时,ρs曲线下降且呈波动状,应是花岗岩破碎含水的显示,ηs曲线和综合参数Z曲线在AB/2=9 m时明显上升,在 AB/2=65 m 处取得极大值(ηs=3.35,Z=0.52)而后下降,在AB/2=150 m时又开始上升,AB/2=340 m处取得极大值(ηs=2.6,Z=0.38)。综合分析上述参数的异常变化,推断在7~55 m段、120~280 m段应为富水地段。
为了进一步验证物探异常,根据异常显示位置结合地质资料,在3线剖面13号点附近地形有利地段布设一钻孔,孔深500 m。经钻孔揭露,0~5 m为第四系堆积物,5 m以下为花岗岩。其中5~57 m花岗岩风化裂隙发育,120~310 m花岗岩破碎,不完整。测井资料显示,这两段梯度电阻率值50Ω·m左右,可见,钻探结果与物探分析结果十分吻合。该孔成井后静止水位 0.8 m,降深3 m时涌水量达到 2714.8 m3/d,取得了良好的找水效果。
图2 13号点激电测深曲线
综合物探方法是寻找山区基岩地下水的有效手段,它成本低,见效快,各种方法相互补充,相互验证,能够对地下水的进一步勘查开发提供科学依据。本次工作利用激电测深法结合音频大地电场法寻找基岩地下水取得了良好效果,结果表明,利用物探方法在基岩山区寻找地下水是行之有效的。
在花岗岩地区找水时,由于有少量电子导电矿物的存在,所以无水地段也能观测到较大的极化率,因此在这些地区工作时应注意高背景值与富水异常的区分。
[1]李金铭.激发极化法方法技术指南[M].北京:地质出版社.2004.
[2]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京:地质出版社.2005.
[3]长春地质学院“水文地质工程地质物探教程”编写组.水文地质工程地质物探教程[M].北京:地质出版社.1980.
[4]李占国,王璇.综合物探在花岗岩地区找水应用效果[J].勘察科学技术.2004,(4):55 ~57.
[5]关建武.激发极化法找水实践[J].地下水.2006,28(5):73~74.