综合物探方法在凤阳石灰岩地区水资源勘查中的应用

朱文科

（安徽省地质矿产勘查局三一二地质队，安徽蚌埠 233040）

0 引言

在工程地质勘查中，选择合适的勘查方法，在提高勘查效率的同时，还能节约勘查成本。物探方法主要有重、磁、电、震四大类[1]，在地下水资源勘查领域均有涉及。传统电法勘查中，高密度电法因布线快、测量快、出图快、断面成果丰富等优点，被广泛应用于工程勘查。电阻率联合剖面法在布线、测量和断面成果信息量均不及高密度电法，但因其特殊测量原理，在地层界限划分、含水断层识别、地层倾向判断等方面效果突出，是浅覆盖平原区地下水资源勘查的有效技术手段。将高密度电法和电阻率联合剖面法组合在一起，通过综合测量，不但能够相互验证测量成果，去除假异常和干扰异常，还能够进行成果互补，达到客观、全面掌握工作区地质特征的目的。

1 方法介绍

1.1 高密度电法原理

高密度电法是以地层岩性差异为物性基础，通过人工施加稳定电场，接收地下传导电流分布信号，进而间接获取地层电性特征的一种勘查方法。高密度电法与传统电法基本原理相同，其主要优点有三个方面：一是能根据测量需要，一次性布设所有电极，省去了跑极、移动工作站等步骤，降低了电法测量劳动强度；二是测量信息丰富，在一个观测周期内，通过供电电极与测量电极不断变换测量，最终测量结果涵盖测线断面完整信息；三是通过移动电极进行长剖面观测，针对一些长测线，一个测量周期无法测量完，可沿测线整体移动电极进行滚动式测量，最终完成整条测线测量工作。高密度电法仪器及解释软件发展成熟，实现了数据自动化采集和资料处理及反演。

高密度电阻法测定地下介质的电阻率公式如下：

式中，ρs为视电阻率（单位为Ω·m）；K为电极系数；ΔV为测量电极M、N之间的电位差（单位为mV）；I为电流强度（单位为A）。

1.2 电阻率联合剖面法原理

电阻率联合剖面法其实是由两个三极装置联合而成，因此其工作原理即三极装置工作原理，在工程地质勘查领域，通过联合剖面法可以调查两方面地质问题：一是探测差异化岩性分界面；二是探测含水构造裂隙。其工作原理如下：

在探测差异化岩性分界面方面：假定存在产状较陡或近乎直立的岩性分界面，分界面两侧电性存在明显差异，三极装置AMN沿垂直岩性界面方向探测，在探测装置距离岩性界面较远时，地中电流分布平滑均匀，电阻率曲线光滑，反映探测地岩石电性特征。当三极装置AMN逐渐靠近岩性分界面，接收电极MN位于岩性界面时，电阻率存在跃变。由电阻率跃变特征可以确定岩性差异分界面。三极装置MNB反映的电阻率曲线特征与AMN装置类似，不再赘述。

在探测含水构造裂隙方面：视电阻率联合剖面探测含水构造的依据是找电阻率曲线正交点，所谓正交点，即在交点所在测线小号点一侧存在在交点所在测线大号点一侧存在正交点所在位置正是含水构造裂隙位置[1～2]。

2 实例分析

2.1 工作区地球物理特征

工作区大部被第四系覆盖，第四系岩性主要由黏土及粉质黏土构成，视电阻率小于10Ω·m，厚度1～5m。下伏前寒武系淮南群九里桥组。九里桥组岩石类型主要有两类：第一类是泥质灰岩，厚度10～20m，岩石质地致密、孔隙度小，视电阻率低阻特征明显，是良好的隔水层；第二类是粉砂质灰岩，厚度15～110m，视电阻率值23～984Ω·m，视电阻率高阻特征明显，粉砂质灰岩在构造裂隙作用下，能够形成岩溶孔洞等储水区，是本次物探勘查的重点区，其岩石物性特征见表1。根据该地区岩石物性特点，本次物探找水工作重点有两个：一是查明工作区构造裂隙发育类型及位置；二是查明工作区粉砂质灰岩分布。

表1 工区地层及岩石物性Table 1.Physical properties of strata and rocks in the work area

2.2 物探工作布置

本次测线布置根据现场勘探情况布设，共8条高密度电法剖面（图1），线距100～400m，点距2m，采用120根电极测量，测线布设垂直测区构造走向。高密度电法仪器采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2A。该仪器具有体积小、功耗低、操作方便灵活、测量参数多、资料解释方便等特点。

图1 电法测量工作布置图Figure 1.Arrangement of measurement work by electrical method

高密度电阻率法测量前，在测量点位不变情况下，分别采用温纳装置和施伦贝谢尔装置进行测量。采用温纳装置反演结果均方根误差为4.9%，采用施伦贝谢尔装置反演结果均方根误差为3.1%，因此工作区高密度电法测量采用施伦贝谢尔装置。

工作区位于凤阳山区，部分测线位置岩石裸露，电极接地效果较差，通过取黏土固定电极，待接地电阻稳定后测量，能够有效消除接地电阻大、测量不佳的问题。

2.3 物探异常特征分析及地质解译

图2是2线物探异常推断图。从电阻率联合剖面测量成果可以看出，2线断面900～1200点视电阻率均值为50Ω·m，1200～1500点视电阻率均值为400Ω·m，即以1200点为界，视电阻率存在明显跃变现象，推测1200点为岩性差异化分界面F1。结合地质资料，认为1200点以南区域为电阻率值较低的泥灰岩地层，1200点以北区域是电阻率值较高的粉砂质灰岩地层。通过OA=OB=70m、MN=20m装置与OA=OB=110m、MN=20m装置往返测量，发现后者电阻率跃变位置向南移动，但移动幅度较小，说明该岩性分界面产状较陡。从高密度电法测量结果可以看出，以1200点为界，1200点以南视电阻率均值为50Ω·m，1200点以北视电阻率均值为400Ω·m，同样可以说明1200点存在岩性差异化分界面。1060点位置两侧电阻率差异化暗示存在断层F2。

图2 2线综合物探成果图Figure 2.Combined geophysical results of line 2

图3是3线高密度电法综合成果图。以1200点为界，南侧为泥灰岩、北侧为粉砂质灰岩。1300～1340点灰岩区，视电阻率低值异常明显，推测为灰岩区含水岩溶裂隙[3～6]。

图3 3线高密度电法测量成果图Figure 3.Measurement results of high-density electrical method of line 3

钻探资料显示，前期推测的F1、F2及岩溶裂隙区均得到验证，说明利用电阻率联合剖面法结合高密度电法进行工程地质勘查，探测岩性分界面、构造裂隙及岩溶区是可靠的。

3 结论

（1）利用电阻率联合剖面法结合高密度电法进行工程地质勘查，探测岩性分界面、构造裂隙及岩溶区是可行的。

（2）物探方法种类繁多，单一方法存在多解性问题，只有通过多种方法相互验证，才能更好地进行地质解译。

（3）联合剖面法测量结果受地形因素影响较大，因此在山区或丘陵地区水资源勘查工作中，该方法所得结果只能作为辅助成果。