激电测深法在矿区水文地质普查中的应用

赵建粮

（河南省地矿局第二地质环境调查院，河南 郑州 450053）

1 地质概况

勘查矿区的含水层岩性以奥陶系中统灰岩、白云质灰岩为主。由于经历了长期、多次构造运动，构造形迹以断裂为主，褶皱不发育。按断裂特征和空间展布规律可划分为北北东向、北东向和近东西向三组。由任村—西平罗大断裂、青羊口大断裂和汤东断裂组成太行山东麓深断裂带，控制矿区地质活动和新生代断陷盆地的形成。

2 研究矿区的地球物理特征

电阻率法是以研究地下地质体的电阻率差异为基础的勘探方法，通过观测和研究人工建立的地中稳定电流场的分布规律从而来达到找矿或解决某些地质问题。影响矿石电阻率变化的因素很多，既有矿石骨架的电阻率差异的影响，也有来自矿石孔隙或裂隙中充填物质的影响。

对于松散的沉积物虽然电阻率与矿物特性、富水性、矿化度有一定关系。但干的砂砾石电阻率很高，可高达数百欧姆米，而饱水的砂砾石电阻率会显著下降，在同样饱水的情况下，粗颗粒的砂砾石电阻率比细颗粒的粉、细砂高。研究矿区西部为低山区，基岩埋深较浅，部分出露，为奥陶系灰岩，中部、东部浅部为第四系，岩性主要为冲积、洪积、坡积的粉质粘土、粉土、粉细砂、卵砾石层等，深部为含砾粉砂岩及灰岩等。

本次物探工作主要查明的目的层奥陶系灰岩，相对其埋藏深度而言具有一定的规模和厚度，与其上覆的粘土、砂卵石层电性差异明显，因此，采用电阻率法勘探可取得明显的地质效果。激电参数对松散含水层、粘土类及完整基岩、不完整基岩也有明显差异。统计本区物探资料及已知井旁测深资料，可知各类矿物特性电阻率及极化率测试常见值如下：

表1 不同矿物特性对应电阻率及极化率表

3 工作方法

根据设计要求，结合地质情况采用对称四激电测深法。为保证曲线首枝达到渐近线并满足探测深度要求，选择最小供电电极距（AB/2）3米，最大供电电极距500米。布设对称四极激发极化测深勘探线3条，分布于工区的东，中，西部，均为近南北走向，线距最近处7公里，最远处18公里，点距200米，共布设对称四极激发极化测深点600个，其中质量检查点19个，总线长约126km。

直接测取视电阻率ρs和视激发极化率ηs（共四个时段 :1200ms～400ms，2400ms～600ms，3600ms～800ms，4800ms～1000ms）依据衰减曲线计算出综合参数ZP、半衰时TH、衰减度D。

4 成果解释及分析

本次勘探工作需要查明0m～300m以内岩溶水富水分布规律，查明形盆—水峪断层阻水性和透水性。为此，分别完成了测区等ρs、ηs断面图、视电阻率测深曲线类型分区图、等极距(AB/2=210m、300m、400m)ρs、ηs等值线平面图。统计分析72个对称四级激发极化点，主要曲线类型可以归纳为：A型、HA型、HK型、AK型、H型、Q型、K型、“一”型等特征曲线类型。从曲线类型分布图（图1）可以直观看出，AK类型曲线西侧边界近南北走向，应为青羊口断裂。而且东部AK型区域尾支下降，ρs值较小，反映覆盖层较厚，说明为下降盘。

图1 激发极化测深曲线类型分布图

根据ρs等值线断面图，可以划分剖面走向上不同深度的地层结构，区分覆盖层和基岩的界限，查明断裂构造的分布情况。ηs值的高低定性反映地层赋水性，ηs等值线断面图可以将明显的极化率异常圈出，从而划出富水位置及区域。

图2 AB/2=300m时，ρs、ηs等值线断面图

从ρs等值线断面图看，西部均为高阻值反映，对应为基岩，对比ηs等值线断面图，该区域ηs的值较低，说明基岩较为完整。在断面图东部ρs较低，对应为基岩破碎带或松散覆盖层，对比ηs等值线断面图，在东部4线6-8号点的200米以下、5线7-9号点50-500米、6线7-11号点100米以下、7线4-8号点200米以下，ηs的值都比较大，推测含有较为丰富矿井水或松散层水。在4线5-6号点之间和6线5号点，ρs等值线比较陡峭，推测有断裂从位置通过，走向为北东约200，倾角约80°，为正断层，应为青羊口断裂。10、11线布设为北东向17°，ρs等值线在2、3号点之间陡立，南侧较大，北侧较小，对应ηs的值均在1号点较大，富水性应较好。推测有断裂从此位置通过，近东西走向，为正断层。断层北侧为下降盘，富水性较好，为透水层，南侧为阻水层。

从AB/2=300、400米的ρs等值线图上还可以看出，测区东部的ρs值较大，随AB/2加大，ρs值随之增大，该区域深部为基岩分布，且埋深较浅；中部及东部ρs值较低，且埋深较大，推测为基岩破碎带或覆盖层。对应AB/2=210、300、400米的ηs等值线图，在中部的王滩、郭湾、朱家、大李庄一带，在三个深度的ηs值较高，尤其在AB/2=210m，王滩、朱家的ηs值达到3.0，地质发育良好。

图3 推测矿区水文资源分布图

测区地貌上为西高东低，从西往东依次为低山、岗丘、缓倾斜平原，水源补给自西向东，储水地层主要为奥陶系灰岩，中东部近南北走向青羊口大断裂为正断层，属压扭性断裂。具备水文发育的地质条件。结合定性分析和激发极化测深点定量分析，划定水文发育区区域。通过水文地质调查、地球物理勘探，综合地层富水性和经济现实等因素，成功实现探采结合井，涌水量25～50m3/h。

5 结论

通过电法勘探，基本查明了影响矿区水文发育的两个断层的性质，掌握了浅层含水层结构，各含水层的分布范围、厚度、埋深、富水性等，圈定井下富水层段以及浅层含水矿体的边界条件及底板形态。配合水文地质测绘和钻探，提高了矿区水文普查精度，提高钻探效果并优化了钻探工作量。总之，在水文勘探中，对称四极激发极化测深法作为传统的物探方法效果好，成本较低，是一种切实可行的勘探方法。