电阻率测深法在固阳北—白云鄂博“红层”覆盖区找水中的应用

樊永刚 张治国 贾大为 段志勇

摘要：固阳北-白云鄂博属内蒙古中北部干旱地区，部分第三系“红层”覆盖区地下水资源极度贫乏，人畜饮水极为困难。本文运用常规电阻率测深法，在结合地质、水文地质特征和电性参数特征的基础上，通过对电阻率测深曲线的定性、定量精细解释，对含水层的埋深、厚度及其富水性等进行了综合评价。实践证明，可以取得显著的找水效果。

关键词：水资源贫乏；电阻率测深；含水层

前言

电阻率测深法作为一种成熟的传统水文物探找水方法，在内蒙古的许多地区得到了非常好的应用。但鉴于方法本身存在“多解性”的局限，往往容易在水文地质条件复杂且较差的地区，尤其是第三系“红层”覆盖区出现误判。笔者于2012年～2013年在固阳北—白云鄂博“红层”覆盖严重缺水地区进行的电阻率测深工作，在详细研究区域地质、水文地质特征和电性参数特征的基础上，对电阻率测深曲线进行了精细的定性、定量综合解释，划分出了相对富水层位、区段，经钻探验证取得了较为显著的找水效果，成果为实现固阳北—白云鄂博严重缺水区的找水突破提供了有益的借鉴。

1.研究区概况

固阳—白云鄂博行政区划属包头市，地处蒙古高原南部。区内降水量小，蒸发量大，属中温带大陆性季风气候区。区内地表水系不发育，地下水资源也非常贫乏，且分布极不均匀。尤其近年来地下水水位呈逐年下降趋势，使得“红层”覆盖区，即第三系宝格达乌拉组紫红色泥岩大面积覆盖区（固阳县北部及白云鄂博矿区周边），每到六七月份干旱时节，部分村、镇的群众连最起码的人畜饮用水都难以为继，不仅严重影响了当地农牧民的生活质量，也严重制约了当地政府的经济发展与生态建设战略。虽然，近几年当地政府相关部门或农牧民也在区内施工了不少水文钻探孔，但多不理想。

2.区域水文地质概况

区内水文地质条件主要受气象、水文、地貌、岩性、地质构造及古地理环境等因素的影响和控制，第四系松散岩类孔隙水主要分布在局地的沟谷中，其富水性与含水层的岩性、厚度等密切相关，含水层颗粒越粗、厚度越大，富水性越好；碎屑岩类裂隙孔隙水主要分布在西河盆地、固阳盆地中，含水层岩性为第三系、白垩系下统的砂岩和砂砾岩；基岩裂隙水主要分布在基岩出露区，其含水层富水性受地质构造、岩性及节理、裂隙发育程度影响，富水性差异较大。

固阳北一白云鄂博“红层”覆盖严重缺水区地表多为第三系寶格达乌拉组紫红色泥岩大面积分布区，层厚几十米至上百米不等，下伏地层以白垩系下统固阳组砂岩、砂砾岩和中上元古界白云鄂博群为主，总体富水性较差。

3.地球物理特征

区内各主要地层或岩性的电性参数特征见表1。由表中数据可知，区内隔水层（非含水层或微含水层）和含水层（或弱含水层）之间的电阻率存在较为明显的物性差异，通过解释推断电阻率测深曲线可以划分出含水层在垂直断面上的分布范围、深度、厚度及其相对富水程度。

4.电阻率测深工作方法

所用工作方法为常规垂向电阻率测深法。观测参数为视电阻率ρ_s。工作以剖面为主，剖面方向主要垂直主构造线走向或沟谷走向布置。最大供电极距AB/2=750m。基本点距100m或250m。

对测深曲线进行定性、定量综合解释，解释结果为各电性层的真电阻率、厚度，并对其岩性及其相对富水性做出判断。

5.百灵淖乡公中渠村找水实例

5.1地质特征

公中渠村地处固阳盆地北缘，位于百灵淖乡西南方向约7kin处。地表多为第四系含砂砾壤土层、第三系红色泥岩所覆盖，厚度不详，下伏地层不详。

5.2电阻率测深曲线特征

公中渠剖面上各点测深曲线多为HKH型，可大体分为五个电性层，且ρ1>ρ2<ρ3>ρ4<ρ5。

以265点为例（图1）采用MOSCOW STATE UNIVER-SITY，GEOLOGICAL FACULTY，DEPT.OF GEOPHYSICS（莫斯科国立大学地质学院地球物理系）开发的IPl2win软件对其进行了定量解释，并结合区域水文地质、水文物探电性参数特征精细解释如下：第一层ρ1=15Ω·m，为第四系含砂砾壤土层的反映；第二层ρ2=100·m，为泥岩的反映；第三层ρ3=14.7Ω·m，为泥岩夹薄层砂岩的反映；第四层ρ4=9.7Ω·m，为砂岩与泥岩互层的反映；第五层ρ5=7.3Ω·m，主要为泥岩的反映；第六层ρ6=154Ω·m，为太古界或元古界地层的反映。由图1中曲线可以看出，其中的第四电性层如不仔细分析、研究、进行精细解释，很容易与第五电性层混为一体，并单独划分开来。

5.3综合断面图特征

从其视电阻率断面图（图2）上可以看出，AB/2在3m～25m范围内，视电阻率变化较大，其等值线出现了几个相对高值区、低值区，说明浅地表层的电性差异较大，成分差异亦较大；AB/2在25m～500m范围内，视电阻率变化相对较小，多在10Ω·m～14Ω·m之间，等值线较稀疏，总体上具有“略高-略低-略高”的电性特征，且相对低值均出现在（即11Ω·m等值线）AB/2为150m及以下，说明由上到下其岩性应有一定的细微差异；最下部的视电阻率值均大于14Ω·m，且14Ω·m等值线较为平缓，表明深部的岩性、基底起伏变化不会太大。

在对部分浅层的、厚度较小的、电阻率或高或低的局部夹层进行合并处理（主要是对浅地表电性层进行了合并处理）后，该剖面在-350m以浅总体上可以划分为四个较为稳定的电性层，且ρ1<ρ2>ρ3<ρ4。

从地电断面图上看，电阻率在10Ω·m～65Ω·m的浅地表电性层厚度总体不大，一般多在7m以下，局部略大一些，是第四系含砂砾壤土层的反映。第二电性层电阻率多在11Ω·m～30Ω·m，厚度一般在30m～120m，推测是泥岩夹薄层砂岩（局部含砾）的反映，弱含水，其厚度在490点、440点、335点、285点附近较大。第三电性层电阻率小于10Ω·m，多在7Ω·m～9.5Ω·m，厚度一般在220m～350m，是以泥岩为主、局部地段夹薄层砂岩的反映，不或弱含水，推测其局部地段岩性、厚度、结构、构造等存在一定差异。最底部的高阻层，电阻率值大于150Ω·m，推测反映的是太古界或元古界地层，不含水。值得注意的是，在265点附近的第二、第三电性层之间存在一电阻率介于其二者之间的电性层，电阻率在9.7Ω·m左右，厚度在50m左右，推测是砂岩与泥岩互层的反映，弱含水。

5.4钻探验证

对比该剖面各点的定性、定量解释结果可以看出：265点附近泥岩夹薄层砂岩（局部含砾）、砂岩与泥岩互层的总厚度应在104m左右，相对较大，且连续性较好。故建议在265点附近施以110m深的验证孔。综合考虑水文地质条件后在265点上施以了BK02水文地质钻孔，孔深113.3m。从其钻孔综合图上可以看出：0m～-1m为第四系含砂砾壤土层，-1m—-51.0m为泥岩夹薄层砂岩（局部含砾），-51.0m～-96.8m为砂岩与泥岩互层，-96.8m～-113.3m为泥岩。砂岩总体上为一套含水或弱含水地层，泥岩为隔水层，不含水。各层厚度与精细定量解释结果基本相近。涌水量达312m³/d，矿化度为0.72g/L。

6.白云鄂博区南部找水实例

6.1地质特征

白云鄂博区南部地表多为第四系含砂砾壤土层、第三系红色泥岩所覆盖，厚度不详，下伏地层不详（水文物探剖面位于白云鄂博区南3kin处）。

6.2电阻率测深曲线特征

白云鄂博区南剖面上各点测深曲线多较复杂，但在对部分较薄的局部夹层进行合并处理后，可大体分为三个电性层，且ρ1>ρ2<ρ3。

6.3综合断面图特征

从其视电阻率断面图（图3）上可以看出，AB/2在3m～25m范围内，视电阻率变化较大，其等值线出现了几个相对高值区、低值区，表明浅地表层的成分变化较大；AB/2在25m～220m范围内，视电阻率变化不大，多在15Ω·m～20Ω·m之间，等值线稀疏，表明其岩性应有一定的细微差异；最底部的视电阻率值均大于35Ω·m，且35Ω·m等值线较为平缓，表明深部之基底起伏变化不大。

从地电断面图上看，电阻率在5Ω·m～200Ω·m之间的浅地表电性层厚度不大，一般均小于10m，是第四系含砂砾壤土层的反映。第二电性层电阻率在13Ω·m～30Ω·m之间，厚度一般在110m～190m之间，是砂岩（局部含砾）与泥岩互层的反映，弱含水，且当其阻值相对较高时，说明砂岩（局部含砾）相对较厚，泥岩相对较薄，其含水性更好。第三电性层的电阻率值大于200Ω·m，反映的是较为完整的元古界地层，不含水。另外，在500点～520点之间的浅地表还存在一电阻率小于10Ω·m的厚度小于8m的电性层，推测其为单一泥岩层的反映，不含水。

6.4钻探验证

对比该剖面各点的定性、定量解释结果可以发现：530点附近第二电性层的厚度相对较大，电阻率值相对較高。故建议在530点附近施以170m深的验证孔。综合考虑水文地质条件后在530点上施以了BK03水文地质钻孔。从其钻孔综合图上可以看出：0～-0.4m为第四系含砂砾壤土层，-0.4m～-168m为砂岩（局部含砾）与泥岩互层，-168m以下为元古界地层。各类砂岩总体上为一套含水、弱含水地层，泥岩为隔水层，不含水。各层厚度与定量解释（定量解释基底埋深167m）结果基本相近。涌水量达295mTd，矿化度为1.04g/L。

结束语

2012年～2013年在固阳北一白云鄂博“红层”覆盖严重缺水区进行的水文物探工作总体上来说是成功的，施工的2个验证孔均取得了较好的找水效果，受到了当地群众和政府的一致好评。笔者认为在对电阻率测深曲线进行精细解释时，把水文地质、电性参数特征有机地结合起来，就能够更好地发挥常规电阻率测深这一传统水文物探方法的独特优势，进而实现严重缺水区的找水突破。