鄂尔多斯白垩系盆地矿区地下水地球物理勘查特点和技术

刘亮光

（江西省地质局九0二大队，江西 新余 338000）

盆地是我国西北地区重要的能源基地，地下水资源十分丰富。但是流域气候干旱，降雨稀少，蒸发强烈，地表水资源匮乏，地下水已成为工农业的主要水源。根据鄂尔多斯和白垩系盆地地下水勘探的特点，指出了鄂尔多斯白垩系盆地其中的合理性和水质判别中的关键问题，认为 Eh-4电导率成像系统是鄂尔多斯白垩系盆地地下水勘探的合理有效系统[1]。

1 鄂尔多斯白垩系盆地概述

鄂尔多斯白垩系盆地位于鄂尔多斯盆地位处于中西部，是一个跨陕 、甘 、宁 、蒙四省(区 )的大型地下水盆地。它位于我国西部干旱半干旱地区，南部为黄土覆盖，北部为沙漠覆盖。近东西延伸，南北两地的沉积环境、岩性构造、岩相古地理有明显差异，使两地区地下水具有明显的区域变异特征。根据地下水循环的深度，盆地北部可分为浅层含水层系统、中层含水层系统和深层含水层系统。 其水文地质特征为： 白垩系志丹群碎屑岩是一个连续的非均质含水杂岩体，属于裂隙-孔隙双重介质。胶结和孔隙度差的砂岩孔隙度大，裂缝发育，是储水和导水的良好介质。胶结性好、硬度高的砂岩孔隙度小，裂缝发育，富水性差。岩相空间变化复杂，水质水量具有复杂变化和高原自流盆地特征。构成相对的防水、边界。地下水主要由大气提供，承压水主要由上游地下水和地下水径流提供。

2 地下水系统概念

地下水系统是我国现如今水文地质学研究的热点问题之一。到目前为止，对“地下水系统”的概念我国暂时还没有明确的定义和统一的认识。原来地球、水、系统如同在时间和空间中，四维自然界，能量不断，有机整体新陈代谢。任何复杂系统都可以概括为三个方面： 系统的构成、系统的结构、角色的塑造、系统与周围媒介的相互作用，以及系统中各要素之间的关系、系统、角色、性质和发展，以及发展的历史。因此，提出了与地下水系统概念相似的“水文地质系统”概念。句子太长，请用较短的句子，包括含水层、含水层及其组合； 主含水层空隙的性质； 主含水层的岩性； 主含水层的储量、水和水的传导性； 主含水层； 主含水层； 补充和建立条件。

中国科学院的资深博士陈孟雄教授对于地下水体系与地下水系统的定义做出了比较全面的总结，并给出了对含水层体系与地下水系统的具体定义以及区分。地下水系统是一种复杂的体系，受不同自然环境和人为因素的制约，存在着各种程度的相互交叉联系和作用，有着四维空间和时间分布、属性和独立单元，并有着自身的特征和不断发展的运动规律。这个统一的系统有如下特点[2,3]：

（1）地下水系统由多个相互独立、相互关联、相互影响的子系统或子系统组成。

（2）地下水系统是一个水文系统的组成部分，降水与地表水系统的存在密切相关，受地表水输入输出系统的控制。

（3）每个地表、地下水和系统都有其惯有的特点，包括自己的含水层系统、水循环、水动力学、系统、水化学和系统。

（4）地下水系统的时空分布和演化是受人类活动的控制。

（5）含水层，系统和地下水系统代表两个不同的概念，前者有固定的边界，后者有自由变化的边界。

其中，最全面的是陈孟雄院士的地下水系统概念及其特点，最详细、最具体的是提出的地下水系统、研究内容和方法，无论在理论上还是在实践中，都具有很好的指导、指导意义。必须指出，由于研究对象所处的水、文化、土地和质量条件的差异，在分析某一特定地下或地下含水体的地下水系统时，还必须灵活运用，根据研究内容着眼于需要解决的主要问题，牢记地下水系统的科学性和实际应用。

3 不同的物探方法

3.1 对于松散沉积空隙地下水的勘探

3.1.1 粗粒较厚含水层电阻率测深法的应用

在松散地层中，含水层的分布一般为水平层，由于不同土层的电阻率不同，因此在电法勘探方法的选择中常采用电阻率法（如图1）。当含水层厚度相对埋深较大时，电性层相对简单，可以取得较好的勘探效果。一般来说，在野外作业过程中应考虑含水层的厚度和含水层的高程，在布线过程中可采用交叉布线法。交叉布线法是根据不同的地质条件，沿地层变化较大的方向布置测线和测深点，选择一个含水层较厚、埋深较深的合适点。根据与原直线垂直的直线上各点的曲线变化，选择最佳位置。

图1 实际现场物探过程

3.1.2 细粒较薄含水层综合电法的配合使用

在含水层结构壁较薄的地方，如冲积扇、洪积扇以及河流边缘，土壤颗粒通常较小，含水层多聚集于水泥层或过筛细土层，但由于细粒土的电阻率与非含水层结构的电阻率很接近，因此电阻率法并不明显区分出土壤是否属于含水层结构，在电阻率测定的曲线上电阻率变化也不明显。所以，电阻率法并不是单纯用来测量这些区域的含水量，而且还可能需要进行其他电法勘探方法如电阻率法等方式的检验。

3.2 对于基岩裂隙地下水的勘探

由于基岩中含水层的电阻率与周围基岩的电阻率之间有较大的差异，所以在测量方法的选用上可采用电测剖面法，从而取得了较好的勘探效益。在野外使用这种方法时，就很有必要地对环境进行了全面调查，以确保光电法的使用不受到周围天然电厂的影响。如果在检验过程中发生了特殊情况的，就必须通过联合断面法加以检验。一旦利用节理剖面法所测得的曲线上存在一低阻正交点，并且自然电场和曲线的最低点相吻合时，就能够确认了结构的存在，进而利用综合剖面法和激电探测法测定了结构的具体条件，这样测量人员就能够判断周围地下水的情况。

4 物探方法的选择

根据白垩系盆地地下水勘探的特点，提出了电法(包括电阻率法、激发极化法)和地震法。

根据白垩系盆地地质地球物理模型，弹性波勘探与电法勘探相结合是解决白垩系盆地岩性及水质变化特征的最佳组合。但是，由于地震勘探成本高，一般较少在工作区域使用。因此，从解决问题的能力和地区特色入手，是一种更为合理、经济的方法。盆地内存在明显的水质问题，可间接反映地下水的矿化程度。物理参数只是电阻率，中间水是唯一的途径。因此，电阻率法的应用是首选的。电法勘探是地球物理最基本的方法之一。方法： 直流法、电阻率法、激发极化法、极化法和交流电电阻率法。对于鄂尔多斯、白垩系、系列盆地、 ac 法、电阻率法等最适合地下水研究的方法，包括频域法、电阻率法、时域法、电阻率法2种类型。在频域上，电阻率法具有探测深度大、效率高、分辨率高的特点。

Eh-4电阻率成像系统是频域电阻率法新技术的产物，是由美国GEOMETRICS和 EMI公司联合生产的。Eh4导电成像系统是几何和电磁干扰的结合产物。这个系统是受控源和自然源的结合。在电磁测深中，系统的基本参数是时域正交电场分量和频率视电阻率。由于勘探深度不同，系统的配置也不同，勘探深度的基本配置，为数十至1000多米，低频配置的勘探深度为3000多米。在地下水勘探中，地表主要用于划分地层岩性，确定含水体的深度和厚度，查明构造规模、性质、产状和裂隙发育程度等。在现有的技术条件下，它充分利用了频域、电阻率分辨率、高速、光照、探测、大深度等特点，是法国电磁学的最新技术。

该盆地存在明显的水质问题，可以间接反映地下水的矿化程度，物理参数只是电阻率值，利用地层电阻率与岩性、孔隙度和温度的关系找到地层中的产状，中间水是唯一的方法。因此，电阻率法的应用是首选方案。

5 勘察效果

5.1 白垩系地层分布特征

白垩系、地层、地下水、属于碎屑岩的砂岩、碎屑孔隙、孔隙水及其主要含水层。由于颗粒、胶结物、成分、胶结程度和水质的变化，地层和电阻率都会发生变化。因此，地层划分的目的可以通过地表测量地下地层的电性变化来实现。一般含水砂岩，电阻率高，具有电阻率高的特点，其绝对值、大小，反映了岩性和水质特征。而泥岩、砂质泥岩和泥质砂岩的电阻率较低。当视电阻率在上部时，局部电阻率不均匀，其分布特征反映了其特殊地理环境和环境变化产生的特征。

5.2 水质变化特征

在所有物理参数中，只有电阻率与地下水水质关系最密切。因此，如何定量、准确地获取地层、电阻率和地层水溶液电阻率、电阻率，是水质评价的重要任务。在水质评价中，首先要分析其形成的原因，其中的主要因素，并进行必要的分析。根据白垩系地层特征，孔隙度、孔隙度和孔隙度是主要的影响因素。根据阿尔奇公式： 地层水、溶液电阻率、地层电阻率和孔隙度之间的关系。根据地层水温度、矿化度和电阻率之间的关系，综合考虑了地层温度和水化学类型等因素，按照 alch 公式计算地层水溶液的电阻率。

5.3 白垩系盆地地下水水质评价实例

Eh-4电导率成像，系统频率高，点丰富，分辨率高，勘探深度大，对鄂尔多斯白垩系盆地地下水勘探工作是可行和有效的。可以清楚地反映白垩纪地层和构造的变化。利用 Eh-4电导率成像系统，对水质进行电阻率值判别，具有很高的可靠性，是对其鄂尔多斯白垩系系统盆地地下水水质判别的关键。

6 结语

通过以上分析，可以看出不同的地下水调查方法各有特点，也有优缺点，在选择调查方法时应结合实际情况，如含水层的性质和具体分布，科学合理地确定电法勘探方法，以不断提高电法勘探的效率，取得良好的勘探效果。