直流电阻法在水文地质当中的应用

孟国旺

（河北省煤田地质局水文地质队，河北 邯郸 056000）

电法勘察具有效率高、成本低、实用性广等优点，在诸多勘查领域有着广泛应用。直流电阻法是根据岩石和沙层的电性差异，通过研究地下沙、岩、矿石电阻变化，进行勘查的一种方法。本文结合实例分析说明在山丘区水资源勘查中的实际应用效果。

1 实验区水文地质概况

实验区内地貌为山地丘陵。山丘区为太古界片麻岩裂隙均匀弱含水带，含水岩性以各种片麻岩、片岩及大理岩的裂隙、溶蚀裂隙潜水为主，一般风化带内裂隙较为发育，含水层厚度10-20米，单井涌水量1-10吨/时；山间河谷较富水带，含水层厚度5-16米，单井涌水量10-30吨/时；丘陵单井涌水量0.5-10吨/时；部分构造裂隙、岩溶裂隙单井涌水量40吨/时，最高可达100吨/时，开采深度100-250米。根据试验区地质图地表出露情况，区域地层由老至新依次为古元古代；长城系；蓟县系；寒武系；奥陶系；第三系；第四系。现分述如下：

①古元古代：Pt1q青同组：透闪大理岩、蛇纹石白云石大理岩、石英大理岩，黑云片岩、斜长角闪片岩、绢云片岩、千枚岩。②长城系：Chg高于庄组：燧石条带白云岩夹鲕状白云岩，块状白云岩，页片状白云岩，含砾砂岩、含砂白云岩、叠层石白云岩。③蓟县系：Jxw雾迷山组：燧石条带白云岩、鲕状白云岩、白云岩、叠层石白云岩、石英砂岩。④寒武系：∈3c炒米店组：砂屑灰岩、灰岩、页岩、白云岩；∈3g崮山组：砂屑灰岩、含绿泥石鲕状灰岩；∈3z张夏组：鲕状灰岩、叠层石灰岩、泥质条带白云岩；∈1-2m馒头组：泥岩、页岩、粉砂岩、白云岩。⑤奥陶系：O2m马家沟组：灰岩、白云岩、条纹状灰岩、角砾状灰岩。⑥第三系：E1灵山组：砂砾岩、灰岩。⑦第四系：Qhal冲积砂、砾；Qhpl洪积亚砂土；Qhal+pl全新统冲、洪积砂砾石层、亚粘土、亚砂土；Qppl+al晚更新统冲洪积黄土、亚粘土、冲积砂砾石层；Qpm马兰组：黄土状亚砂土、亚粘土夹砂砾层；Qpq青廉组：上部砂、粉砂、粉砂质粘土、重粘土，下部砾、粗砾。

2 完成地质任务依据

干燥的岩石电阻率高的能达到几千甚至几万Ω.m，当岩石存在孔隙、裂隙时，随着岩石的湿度或者含水饱和度的增加，电阻率下降，即富水性的不均匀程度在瞬变电磁图件上反映为电阻率的高低变化。当某一岩层完整时其电阻率相对较高，受构造运动或地下水作用的影响，使得部分地段岩层破碎或裂隙发育，含水的饱和度越大（砂岩富水性增强），岩石的导电性会显著增强，电阻率相对明显降低。

测区地层电性特征：测区内各地层之间（垂向上）均有相对高低的电性差异，正常情况下，地层由新到老视电阻率变化规律为低阻～中阻～相对高阻。横向上地层沉积较稳定，电性差异较小。

3 工作原理及工作方法

3.1 工作原理

直流电阻法是许多应用地球物理方法(包括重、磁、电、震、)中的一种，是利用地下或地表岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性测量地球物理参数的方法。电测深法是根据探测地下各种不同岩石和矿物的导电能力不同的特点，并以不同的供电极距，观测不同深度沙岩矿石的视电阻率；通过地电断面研究和解决地下构造、水文、工程地质和进行环境监测等的一些地质问题。

3.2 工作方法

利用重庆地质仪器厂DZD-6A电法仪开展了直流电法电测深，该仪器性能稳定，数字屏幕显示，可以直接反映地下含水层激发极化效应大小的视电阻率及二次场大小，寻找地下含水层效果最为明显。在实验工作中为了保证AB/2始终保持在同一条直线上，跑极人员都配备GPS并且跑极均采用南北走向。测量时供电、测量电极保持良好的接地状态，对异常数据重复测量，资料整理采取对每个物理点重复测量，并采用取平均值的方法，确保了资料的准确性、可靠性。因此本次激发极化测量装置采用AB和MN按一定比例同时增加的等比装置形式，为了得到尽可能大的二次场电位差，提高信噪比，MN/AB为1/5，极距表1如下：

表 1

4 电法数据处理和解释

对采集到的瞬变电磁数据据进行计算并绘制视电阻率拟断面图，在线上寻找低阻区域，把这些区域作为靶点开展直流电法测深。在测区内3个位置获得了激电测深曲线，下面是试验区A-B测线的视电阻率拟断面图。

图1

图中，顶部横坐标为测点编号，底部横坐标为距离，垂向为视深度。根据测深曲线结果：①1号测深结果位于瞬变电磁1线38号位置，视电阻率曲线为A型曲线，视电阻率呈近45°上升，在极距220m～320m范围内的视极化率最大，约为2%②2号测深结果位于瞬变电磁1线29号位置，视电阻率曲线为K型曲线，在极距＞160m后电阻率随极距增大缓慢增加。视极化率随着极距增大而上升，在200极距后视极化率变化较小，基本在1.4%左右。③3号测深结果位于测区东南位置，视电阻率曲线为K型曲线，在极距＞160m后视电阻率随极距增大缓慢增加。视极化率在小极距时就开始上升，随着极距增大在极距为160m时最大，达到10%，随后开始下降。在300极距后视极化率变化较小，基本在6%左右。

5 电法实验结论

瞬变电磁法在水文地质和工程地质勘探中都有着广泛的应用，使用瞬变电磁法查明断层及顶板砂岩的导水性及富水性、勘查地下水资源及界定地下水位、评价断层空间位置及含水性和寻找地下含水构造，而且大功率瞬变电磁仪不仅可以在深部地质勘探中发挥作用，还具有较高的分辨能力。直流电法成为应用地球物理学中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的一门分支学科。同时，经过广大地球物理工作者不懈努力，在深部构造、矿产资源、水文及工程地质、考古、环保、地质灾害、反恐等领域，电法已经和正在发挥着重要作用。