电法在日照市丘陵区找水中的应用

周立国

(山东省第八地质矿产勘查院，山东 日照 276826)

电法在日照市丘陵区找水中的应用

周立国

(山东省第八地质矿产勘查院，山东 日照 276826)

电法勘探在寻找浅层地下水时，主要利用含水地质体与围岩的电阻率差异来间接找水，通过综合分析日照市不同地下水类型50余例物探找水定井资料，总结了其含水层的测深曲线特征，若围岩为高阻，则含水层曲线特征表现为平缓上升或变异下降；若围岩为低阻，则含水层曲线特征为明显上升段。对于含水性特征不明显的，开展激发极化法多参数测量，依据视极化率、半衰时等参数综合判断。对于日照市丘陵区松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和构造裂隙水的不同电性特征，选择利用联合剖面法寻找含水构造，多参数激电测深法确定储水构造位置，经验系数法推断富水地层深度，能够快速、高效的确定井位，为今后日照市丘陵区的找水工作提供了经验。

联合剖面法；激电测深法；储水构造；富水地层；日照市

日照市地域狭小，水资源总量不足，仅占全省的5.3%；受自然地理条件限制，水源结构单一，以地表水源为主，地表水可供水量占全市可供水量的67.8%，调节能力差；无客水来源，资源性缺水是基本市情。为解决日照市丘陵区缺水现状，寻找优质地下水资源是解决困窘的有效途径。在丘陵区寻找地下水时，物探工作尤其是电法勘探在圈定断裂构造位置，判定含水层深度方面效果良好。

1 区域水文地质条件

日照市位于华北地台区，郯(城)-庐(江)断裂东侧，鲁东隆起区东南缘；五(莲)-荣(成)构造带东南盘，胶南隆起区(Ⅲ级)。区内地层主要出露古元古代粉子山群和荆山群白云大理岩、黑云变粒岩等；中生代白垩纪王氏群紫红色粉砂岩、粉砂质页岩等，大盛群粉砂岩、砂岩、含砾粗砂岩等，青山群安山岩、砂岩、安山质凝灰角砾岩等，莱阳群中厚层长石砂岩、粉砂岩页岩等，新生代第四系。根据地形地貌、地层沉积、地质构造、含水层分布特征，划分为4个水文地质单元(图1)：

1—主要富水区；2—岩浆岩类裂隙水；3—松散岩类孔隙水；4—碎屑岩类裂隙孔隙水；5—碳酸盐类裂隙岩溶水图1 日照市水文地质简图

1.1 松散岩类孔隙水

松散岩类孔隙水，主要分布在傅疃河、绣针河、两城河、沭河等河流两岸及其支流地段中，含水层岩性为第四系冲积、冲洪积的中—粗砂及砂砾石，厚度一般为3～8m，最厚达14.3m。地下水类型多为潜水，局部地段具承压性。水位埋深3～5m不等，年变幅2m左右。

1.2 碎屑岩类孔隙裂隙水

主要分布在昌邑-大店断裂两侧，莒县盆地附近，含水层岩性为侏罗纪莱阳群，白垩纪王氏群的砂岩、砂砾岩、砾岩等。岩石结构紧密，孔隙、裂隙不发育。孔隙、裂隙的发育程度及富水性受构造、地貌、岩性的控制。风化裂隙只在浅部发育，裂隙发育细小，多被充填，富水性很差。

1.3 碳酸盐类裂隙岩溶水

主要分布在莒县浮来山一带，含水层岩性为奥陶系、寒武系的单层灰岩，因受岩性、地貌、构造等因素的控制，在低丘陵区以潜水为主。该区地下水位较深，且富水性较差，多形成缺水区。在单斜构造的前缘，地形较平坦，含水层隐伏于第四系及其他岩层之下，地下水具有承压性，多形成富水地段，并局部以泉的形式排泄。

1.4 基岩裂隙水

主要分布在本市的绝大部分丘陵区，含水层岩性为各类变质岩、侵入岩、喷出岩。岩石裂隙发育程度及深度随地形的变化而异。

2 含水层电性异常特征

日照市属鲁东丘陵，总的地势背山面海，中部高四周低，略向东南倾斜，山地、丘陵、平原相间分布。日照市横跨胶南隆起、胶莱坳陷和沂沭断裂带3个Ⅲ级构造单元，出露地层齐全，构造复杂，岩浆活动强烈。以五莲县城—莒县中楼镇一线为界，山体岩性大致分为2类，西部以石灰岩和砂岩等沉积岩类为主，东部则以岩浆形成的花岗质岩石为主，主要富水区集中在莒县县城和日照市南湖镇至汾水镇一带河流下游第四系覆盖区，而丘陵区地下水类型主要为基岩裂隙水和构造裂隙水。由于不同岩石的电性差异，含水构造带电性特征也有所不同，近年来山东省第八地质矿产勘查院共完成50余例的丘陵找水定井工作，通过对含水地层电性特征分析，总结了日照市丘陵区含水层的激电异常特征和不同地下水类型的电性特征(表1)。

表1 地下水类型与电性特征表

3 物探方法的选择

物探方法寻找地下水，主要依靠不同地质体的物性差异来间接寻找含水构造，其方法有激发极化法、视电阻率法、放射法、甚低频法等。含水构造相比较围岩来看，具有低阻特征，这种电性差异为电法勘探提供地球物理前提。激发极化法[1-8]和视电阻率法[9-12]作为常规物探方法，其技术水平成熟，解释简单，在找水工作中发挥着重要的作用。含水构造能够引起视电阻率联合剖面的低阻正交点、V型或U型低阻带；在激电测深曲线上呈平缓段，曲线斜率明显变小，视极化率、半衰时[13-16]均呈明显高值异常。因此，利用联合剖面法快速圈定构造破碎带，利用激电测深法确定储水构造位置和富水地层深度。

3.1 联合剖面法

联合剖面装置时，测线上布设A，M，N和B极；测量点位于M，N测量电极的中间，以O表示，AO的距离大于3倍探测对象的顶部埋深，MN=(1/3～1/5)AO，无穷远电极C布设距离需大于AO的5倍以上，并垂直测线走向。工作中固定AMNB电极的距离，将4个电极沿测线一起移动，测量同一测点A，B供电极分别供电时的参数值，在遇含水构造时呈低阻正交点、高极化反交点。利用这种交点性质和曲线的不对称性可判断极化体的产状、形态。

通常布设2～3条联合剖面线，连接每条测线的正交点在地表的位置，就可以推测构造破碎带的走向；利用不同OA极距的联合剖面装置能够判定构造破碎带的倾向。

3.2 视电阻率测深法

视电阻率测深装置的特点是AM=NB，记录点在MN的中点。其探测深度随AB增加而增大。工作中常选择对称四极装置或不等比对称四极装置，极距选择原则一般为在模数为6.25cm的对数纸上，取0.8～1.2cm长且使其均匀分布，相应的段长。MN与供电极距AB的比，一般保持在1/3～1/30的范围，极距选择如表2。

表2 电测深装置极距

3.3 激电测深法

激电测深法原理同视电阻率测深法，其装置类型和极距的选择相同，只是在观测时增加测量视极化率、半衰时、衰减度等极化体参数，对供电电流要求较高，必须有足够大的一次场(大于20mV)，以保证观测参数的稳定性和可靠性。

4 找水定井实例

4.1 莒县夏庄镇

区内出露的岩性以奥陶纪灰岩为主，断裂构造不甚发育，地下水资源以岩溶水为主。野外踏勘发现一条走向NE，倾向E的张性断裂通过该区，由于第四系覆盖，区内断裂构造的具体出露位置不易确定，故布设联合剖面确定破碎带的位置，再辅以电测深，确定含水构造的深度。通过联合剖面工作，发现108点附近呈低阻正交点，且在106～110点之间呈V型低阻带(图2)，推测为含水构造带的反映。

图3 夏家庄108点测深曲线

在108点布设电阻率测深，由图3可知，曲线在上升过程中有2个较平缓的地段，AB/2=15～40m段视电阻率变异下降，推测为岩溶发育富水的反映；AB/2=100～340m曲线平缓上升，且在340处陡然下降，推测此段为灰岩破碎含水的反映。钻孔至210m终孔，在孔深21～25m，62～115m处岩石破碎含水，经抽水试验，涌水量35m3/h。

4.2 日照市岚山站

该区南部零星出露花岗岩，表面风化破碎，冲沟内可见宽约10m的张性断层破碎带，由花岗岩、片麻岩的砾石组成，由于地表大部被第四系覆盖，构造走向不明。为追索该断层破碎带的走向，布设了联合剖面工作，结果表明曲线存在低阻正交点，为验证该低阻正交点的性质，布设了激电测深工作，从拟断面图(图4)可以看出，在196～198点AB/2=25m以后呈V型低阻带，佐证了该断层破碎带的存在。

198测深点视电阻率曲线AB/2=15～40m，表现为夹在2个上升段的平缓段，反映特征不甚明显，但对应的半衰时呈大于1000ms的高异常(图5)，综合分析认为AB/2=25m附近对应含水层位置。后钻孔至51m终孔，钻孔揭露显示23～31m岩石破碎含水，单孔涌水量240m3/d。

图4 日照市岚山站联合剖面和测深拟断面图

图5 日照市岚山站DS-8点测深曲线

4.3 五莲县汪湖镇曹家官庄村

该区出露岩性为紫红色中薄层砂岩、细砂岩夹含砾砂岩，第四系覆盖较厚。村北有一冲沟，冲沟内可见砂岩和砾岩的分界线，两岩性接触面岩石破碎。紫红色砂岩电阻率值较低，一般10～30Ω·m，相对含水层砂砾岩，其电阻率相对较高，一般30～50Ω·m。在水文地质调查认为较有利地下水富集区段进行了3个物理点的视电阻率测深工作，结果表明：1号、2号测深点曲线均呈低阻平缓水平状，反映为较厚砂岩的低阻特征；3号测深点曲线前支小角度缓升，AB/2=40～100m深度，视电阻率值最高，后部呈小角度下降变异(图4)。经分析计算，深度9～62m解译电阻率为34Ω·m，推测为含水砂砾岩层，建议孔深100m。后经钻孔验证，25～40m、55～60m岩性为砂砾岩，局部破碎，孔深95m，抽水试验，单井涌水量360m3/d。

图6 曹家官庄3号点测深曲线

5 确定含水层深度

利用电测深确定含水层的深度，一般采用经验系数法，即h=s×(AB/2),h为含水层的深度，AB为电测深的供电极距，s为经验系数值。对比分析30余眼钻孔资料与电测深推断含水层的对应关系，发现经验系数随供电极距的增大而变小，且在一定的供电极距范围内，系数变化较小，具体对应关系见表3。

表3 不同供电极距与经验系数对应关系

6 结论

(1)丘陵区物探找水首先需要进行水文地质调查工作，在确定该区含水类型和地质体电性特征后，择优选择合适的物探方法，能够快速、高效完成定井工作。利用联合剖面法快速追索构造破碎带，电测深确定储水构造位置，经验系数法推断含水地层深度，效果显著。

(2)含水层的测深曲线特征与围岩电阻率相关性较大，若围岩为高阻，则含水层曲线特征表现为平缓上升或变异下降；若围岩为低阻，则含水层曲线特征为明显上升段。由于电测深法受体积效应影响，在含水特征不明地区，应以联合剖面法确定的低阻正交点或V型低阻带为主，必要时，开展激电测深工作，利用半衰时、衰减度来综合判定是否为富水构造。

[1] 孙仁斌,楚丽霞,王宁，等．时间域激电测深二维反演在内蒙古兴和盆地贫水区找水勘查中若干案例研究[J]．地球物理学进展，2017，32(1):387-394．

[2] 刘洪波，于林松，刘伟，等．激发极化法在早前寒武纪变质岩系找水中的应用[J]．山东国土资源，2012,28(3):40-42．

[3] 宋希利,宋鹏,田明阳，等．物探方法在侵入岩地区抗旱找水定井中的应用[J]．地球物理学进展，2012，27(3):1280-1286．

[4] 段磊．常用物探找水方法对比研究[J]．山东煤炭科技，2016,(4):80-82．

[5] 刘福臣，王启田，程兴奇，等．激发极化法探测泰山群变质岩地下水[J]．水文地质工程地质，2008,(5):72-75．

[6] 关建武．激发极化法找水实践[J]．地下水，2006,28(5):73-74．

[7] 靳立宁，刘文国，李希耀，等．激发极化法在野外找水工作中的几点经验[J]．露天采煤技术，2002,(2):39-40．

[8] 马延君，王俊君，卢玉环．激发极化法探测地下水若干问题的探讨[J]．西部探矿工程，2004,93(2):75-78．

[9] 宋希利，林海，姜春永．电阻率测深法在云南省玉溪市抗旱找水定井中的应用[J]．山东国土资源，2011,23(7):23-25．

[10] 刘福臣，程兴齐，王启田．联合剖面法探测鲁东中生界地层地下水[J]．节水灌溉，2008,(5):208-210．

[11] 李晓峰，胡俭春，曲林生．试论碎屑岩地区的找水方法[J]．吉林地质，2009,28(4):102-104．

[12] 贾德旺，赵庆令．沂蒙缺水山区地下水赋存规律及找水定井范例[J]．山东国土资源，2016,32(5):56-64．

[13] 刘春雷．激电测深衰减度参数在实际应用中的发现[J]．物探与化探，2001,25(6):460-463．

[14] 吴天成，江宜生．山区找水的“相对衰减时法”探讨[J]．物探与化探，1987,11(6):435-442．

[15] 刘得福，吕旭红，任多魁．综合电法在祁连山山前缺水区寻找地下水的应用[J]．物探与化探，2006,30(1):41-44．

[16] 陆云祥，陈建荣，陈华根，等．我国多参数激电测深找水应用综述[J]．地球物理学进展，2011,26(4):1448-1456．

ApplicationofElectricityinGroundwaterExplorationinHillyAreasinRizhaoCity

ZHOU Liguo

(No.8 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Rizhao 276826，China)

When searching for shallow groundwater, indirect water exploration is mainly made by using the difference of resistivity between water-bearing geological bodies and the surrounding rocks. Through analyzing more than 50 water finding well logging data gained from different groundwater types in Rizhao city, characteristics of sounding curve of water-bearing layers have been summarized. If the surrounding rocks have high resistivity, the characteristics of aquifer curve show gentle rise or decline; if the surrounding rocks have low resistivity, the aquifer curve characteristics are obvious ascending section. For the water bearing characteristics are not obvious, multi-parameter measurement by using polarization method has been carried out. According to apparent polarization and half-time parameters, comprehensive estimation has been carried out. Pointing to different electrical characteristics of loose rock pore water, bedrock fissure water and tectonic fissure water in hilly area in Rizhao city, the composite profiling method has been used to deternine water structures, the IP sounding method has been used to determine the location of groundwater-bearing structures, and empirical coefficient method has been used to determine the depth of water-rich stratum. It can quickly and efficiently determine the well location and provide experiences for searching for water in the future in hilly area in Rizhao City.

Composite profiling method；IP sounding；groundwater-bearing structures；water- rich stratum; Rizhao city

2017-04-18；

2017-05-23；

陶卫卫

周立国(1983—)，男，宁夏彭阳人，工程师，主要从事物探野外勘探和室内解译工作;E-mail:344540922@qq.com

TV697.2

B

周立国.电法在日照市丘陵区找水中的应用[J].山东国土资源，2017,33(12)：55-59.ZHOU Liguo. Application of Electricity in Groundwater Exploration in Hilly Areas in Rizhao City[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(12)：55-59.