综合物探法在青海省海东市后备水源地勘查中的应用

李 聪，张文科，赵 军

(1.青海省水文地质工程地质环境地质调查院，青海 西宁 810000；2.青海省水文地质及地热地质重点实验室，青海 西宁 810000)

随着青海省海东市的建立，东部城市群规模的日益扩大，社会经济不断发展，当下对水资源的需要亦日益激增。后备水源地寻找调查工作关键且急迫，是当地水资源短缺的主要解决办法之一，能够很好地助力社会经济发展。

综合物探法是找水的有效勘查手段[1-3]。高频大地电磁测深技术因具有便携、测深、高效、受地形影响条件小等优点，可以快速查明剖面上电阻率分布特征等情况。随后利用激电测深探测可评价低阻异常的可靠性，结合区域地质特征，判断是否具有钻探验证的价值。此组合法适用于青海省东部城市群复杂地形条件下的水文地质勘查。本文以青海省湟水流域内湟源茶石浪地区为例，运用此种组合地球物理勘测手段进行研究，并提出建议，以供同类工作参考借鉴。

1 区域水文地质概况

1.1 地形地貌

研究区位于青藏高原边缘地带，地势高亢，地形复杂，属湟水流域[4-7]。区内地貌主要有冰川地貌、岩溶地貌、侵蚀堆积地貌、黄土红层丘陵地貌，具半干旱高原大陆性气候。

1.2 地层

自更新世至全新世沉积均有不同程度的发育，广泛分布于山麓、缓坡、河谷、山间谷地、低山丘陵及湟水干、支流河谷中。第四纪地层根据古气候、古生物、地貌、沉积物岩性、结构、构造等方面的特征以及邻区地层对比进行相对划分。流域内第四纪沉积物的主要成因类型有：冰碛、冰水堆积、冲积、洪积、湖积、风积以及混合成因的冲洪积、冲湖积、残坡积和坡积等(表1)。

表1 研究区第四纪地层Tab.1 Quaternary strata in the study area

区内分布最广的前第四纪地层见表2。主要有：元古界深变质地层；古生界寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系；中生界三叠系地层以及中、新生界的侏罗系、白垩系地层。流域内地层在漫长的地史演化过程中，古生代地层缺失了寒武系下统、奥陶系中统和石炭系地层。

表2 研究区主要前第四纪地层Tab.2 Main pre Quaternary strata in the study area

1.3 构造

研究区隶属于祁连加里东褶皱系，断裂构造十分发育，其中深大断裂具有规模大，延伸长，深度大的特点，在大地构造上往往成为构造分区的界线。构造线呈北西向，在挤压应力作用下，发育一系列具有压扭性质的断裂和褶皱，含水性较差。此外，北东向发育张性断裂发育，是寻找地下水的目标。

1.4 地下水特征

区域地下水类型主要有以下4类：松散岩类孔隙潜水主要分布在第四系中；碎屑岩类裂隙孔隙潜水主要分布在侏罗系泥岩、砂岩中；碳酸盐岩类裂隙岩溶水主要分布在古生代和元古代碳酸盐地层中；基岩裂隙水主要分布在古生代碎屑岩和碳酸盐岩地层中。

2 区域地球物理概况

综合前人对本区地层岩性的电性差异特征的总结[8-12]，对大量地电参数统计，各地层电物性结果见表3。

表3 地层、岩石电性参数统计Tab.3 Statistics of formation and rock electrical parameters

由表3可知，①地表风成黄土、砂砾卵石、砾卵石层，电性变化较大，电阻率在15～132 Ω·m，当岩性含水时，可使电阻率降低；②新近系岩性以泥岩、粉砂岩为主，电阻率较低，一般小于50 Ω·m，岩性中含含中粗粒砂砾石时电阻率会增高；③古近系、白垩系、侏罗系中泥岩、泥质粉砂岩电阻率较低，一般小于40 Ω·m。另外砂岩、砂砾岩、砾岩等岩性，电阻率在40～80 Ω·m。上述地层中若含高矿化度热水，可使电阻率更低，一般在0至数十Ω·m。④三叠系及元古界变质岩，为区内高阻电性层，电阻率400 Ω·m以上，元古界灰岩、砂板岩的电阻率也偏高，一般大于5 000 Ω·m，印支期及加里东期岩体电阻率更高，一般都在6 000 Ω·m以上。

3 研究区水文地质概况

区内主要发育地层主要以碎屑岩和碳酸盐岩为主，如图1所示。区内发育断层有四条断裂构造，属于挤压性质，含水性较差。中部存在一条规模较大的北西向沟谷，在研究区内长约6 km，宽约1 km。推测北东向存在隐伏断裂构造。

图1 研究区水文地质Fig.1 Hydrogeological map of the study area

地下水类型有：松散岩类孔隙潜水主要分布在全新世河床河漫滩冲洪积砂卵砾石；碎屑岩类裂隙孔隙潜水主要分布在古近纪西宁组紫红色长石石英砂岩、奥陶纪灰色花岗岩；碳酸盐岩类裂隙岩溶水主要分布在古生代和元古代碳酸盐地层蓟县系克素尔组灰岩、灰岩质砾岩中；基岩裂隙水区内从西北到东南均有分布，主要在下元古界东岔沟组黑色黑云母片岩、长城系湟中群青石坡组灰黑色粉砂质板岩中(图1)。

河水pH值一般在7.0～8.5，总矿化度一般小于0.5 g/L，从湟水上游至下游水化学类型依次为HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg、SO4·HCO3-Ca·Na、SO4·Cl-Ca·Mg或HCO3·SO4-Ca型水。从水中离子总量来看，湟水干流河水在中高山区矿化度小于0.2 g/L，中、下游(西宁以下)矿化度变为0.2～0.5 g/L。

通过地面水文地质调查结果，湟源县茶石浪地区以碳酸盐岩类岩溶裂隙水为重点开展物探工作。

4 工作方法技术

本次工作采用电导率成像系统(EH4)进行高频大地电磁测深。激电测深法是通过改变供电极距和测量极距大小，取得电阻率值及激化率等值，垂直向下判别不同深度地层岩性结构、断裂构造特征，确定基底起伏形态及第四系厚度变化规律，预测地下水矿化度高低等[13-16]。具体工作方法如下。

(1)为确保电测深曲线的完整性，达到勘探目的，供电极与测量极距，采用对称非等比装置。AB放线方向与MN放线方向保持在同一条直线上，远距离放线方向偏差不超过±3°。

(2)供电电极距布设6～350 m，测量电极距与相应的供电电极距之比值不大于1/3。

(4)测点用GPS定点，罗盘定向，连续放线时，可依导线节数量距定位。

(5)每个测深点都对供电和测量导线及仪器随时检查是否漏电。遇到漏电现象时，无论漏电大小，首先排除漏电，然后观测读数。

(6)为了保证测量数据的有效性，确保成果质量，质检量大于总工作量的5%，均方误差小于10%。

5 工作部署与解释

5.1 工作部署

湟源县茶石浪研究区沿北东向沟谷布置高频大地电磁测深剖1条，旨在寻找低阻异常区后采用激电测深方法进行评价。EH4共测点205个，长度6.12 km，点距30 m，激电测深法布置剖面2条，物探测点10个，长度690 m，点距为70～100 m。

5.2 剖面推断解释

5.2.1 Ⅰ-Ⅰ′剖面MT异常推断解释

Ⅰ-Ⅰ′剖面长3580m，由端点(17694624，4 047 115)经过拐点(17 698 671，4 051 221)再到(17 698 635，4 051 639)剖面前端方向为40°，拐点后剖面方向为5°，测量点距为30 m，起端点高程为+2 972 m；终端点高程+2 846 m。茶石浪Ⅰ-Ⅰ′剖面反演推断如图2所示。

图2 茶石浪Ⅰ-Ⅰ′剖面反演推断Fig.2 Inversion of wave Ⅰ-Ⅰ′ section

根据二维反演图推断：第1电性层为底阻层，电阻率变化在150 Ω·m以内，厚度变化范围在地表到140 m之间，呈现为规则水平层状，由南向北呈均匀分布，推断断裂附近松散层最厚，最厚处可达150 m；岩性为第四系砂砾洪积物、黄土覆植层。剖面南端点到850 m处，电性层为中阻层，电阻率变化范围在200 Ω·m内，分布范围在40～400 m，在第四系砂砾洪积物底部，岩性为粉红色砾岩夹砂岩，与南部灰岩属不整合接触关系。距剖面南端点850～3 700 m处，电性层为高阻层，电阻率变化范围在200～2 100 Ω·m，埋深范围在第四系砂砾洪积物底部50～400 m，岩性为灰色结晶灰岩，与南部千枚岩属断层接触关系，其中距南端点1 400～1 650 m段夹砂板岩，接触带岩性破碎，属断层接触关系，断层倾角近直立，其地表面状泉水发育，距南端点2 700 m处为灰岩向斜构造轴部，附近面状泉水发育；距南端点3 000、3 700 m处由于电阻率变化很大，基岩露头岩性破碎，地表点状泉水发育，故推断为两处北倾断裂，倾角80°左右。距南端点3 700～5 200 m段，电性层为高阻层，电阻率变化范围在400～1 600 Ω·m，在第四系砂砾洪积物底部，埋深范围50～400 m，岩性为浅灰色千枚岩，与南部砂板岩接触带岩性破碎，属断层接触关系，断层倾角南倾，倾角80°左右，距南端点5 200 m到北端点，电性层为高阻层，电阻率变化范围在400～2 100 Ω·m，在第四系砂砾洪积物底部，埋深范围50～400 m，岩性为砂板岩夹浅灰色千枚岩。

5.2.2 Ⅱ-Ⅱ′剖面激电测深推断解释

布置在Ⅰ-Ⅰ′剖面86号点南处的Ⅱ-Ⅱ′激电测深剖面方向为120°，点距为20 m，剖面长度为400 m。剖面起点坐标(17 696 500，4 049 223)，剖面终点坐标(17 696 820，4 048 946)，如图3所示。

图3 茶石浪Ⅱ-Ⅱ′剖面反演推断Fig.3 Inversion of wave Ⅱ-Ⅱ′ section

剖面解释：从西起点到东端点，低阻层电阻率变化在200 Ω·m以内，岩性为第四系砂砾洪积物，第四系松散层由薄变厚，最厚处可达180 m，距西端点220 m处由于电阻率变化很大，故推测一东倾断裂，倾角70°左右；第四系松散层低部为高阻层，电阻率变化范围在200～1 460 Ω·m，岩性为灰色结晶灰岩，断裂附近地表面状泉水发育，断裂东侧松散层较厚是古河道所致，古河道东岸因测距短未显封闭。

5.2.3 Ⅲ-Ⅲ′剖面激电测深推断解释

布置在Ⅰ-Ⅰ′剖面100号点处Ⅲ-Ⅲ′激电测深剖面方向为130°，点距50 m，剖面长度260 m。剖面起点坐标(17 696 806，4 049 545)，剖面终点坐标(17 696 978，4 049 322)，如图4所示。

图4 茶石浪Ⅲ-Ⅲ′剖面反演推断Fig.4 Inversion of wave Ⅲ-Ⅲ′ section

剖面解释：从西起点到东端点，低阻层电阻率变化在200 Ω·m以内，岩性为第四系砂砾洪积物，第四系松散层中间薄两边厚，最厚处可达100 m，距西端点100 m处由于电阻率变化很大，故推测一东倾断裂，倾角70°左右；第四系松散层低部为高阻层，电阻率变化范围在200～1 460 Ω·m，岩性为灰色结晶灰岩，断裂附近地表点状泉水发育，距剖面西端点50～200 m松散层较厚是古河道所致。

5.3 钻探验证建议

根据物探测量成果，结合附近基岩露头结构构造，以及地貌特点及泉点发育等特征，建议选择在Ⅰ-Ⅰ′号剖面27号点、57号、91号点、101号点处为首选布孔位置。

6 结论

(1)采用高频大地电磁法在青海省海东市湟源茶石浪地区发现低阻异常多处，并且运用激电测深进行评价，灰岩区内的低阻异常区是寻找岩溶裂隙水的目标层位。本文提供钻探验证建议，为该区后备水源勘探工作提供技术支撑。

(2)采用“高频大地电磁测深+激电测深”综合物探方法在复杂地形条件下的水文地质勘查经验证行之有效，该方法可作用于干旱缺水处的基岩区找水工作，具一定的参考价值。