物探直流電法在林州地區找水中的應用

  摘要:簡述了林州地區的水文地質和地球物理特征,以及物探直流電法在林州地區找水中的應用效果,總結了該地區含水層的地電特征和找水規律。

 

  關鍵詞:方法應用;直流電法;地下水

 

  1 概述

 

  林州地區屬豫北干旱地區,山區約占總面積的五分之三。這里,十年九旱,靠天吃飯。由于本區地表水源不足,工農業用水和

 

  居民生活用水,主要依靠地下水資源。由于嚴重缺水而長期處于貧困狀態,直接影響著當地工農業的發展。十幾年來,我隊應用物探電測深法,配合地質在該區進行地下水勘查,總結出了該地區第三系含水層的地電特征和找水規律,在很多歷年來被認為貧水或無水地區,找到了豐富的地下水。 下面,我們以林州地區前進農場為例,來闡述該地區第三系含水層的地電特征和找水規律。 2 水文地質及地球物理特征 前進農場為一典型的太行山山前沖積平原邊緣的壟崗區,地勢較高,溝谷切割劇烈,地下水沒有足夠的補給條件,區內初露 的地層主要是第四系(Q)和第三系(N1)。

 

  第四系(Q):分布在區內地形相對低緩處和溝谷中,大部分為可耕種的農田,溝谷的兩側則形成陡立的土坎,其主要成份是棕紅色粘土,厚度從數厘米至數十米不等。 第三系(N1):本區在壟崗的上部和沖溝陡岸上,出露有鶴壁組(N1h),上部膠結很好的厚層青灰色礫巖(中間含薄層砂巖層),在厚層青灰色礫巖的下部為粉砂質粘土巖、粉砂巖、雜色粘土巖、中—細砂巖、泥灰巖等。下伏彰武組(N1z)的地層,巖性主要為雜色粘土巖、砂質粘土巖、中—細砂巖或含礫砂巖互層。

 

  本區主要含水層為潛水面以下的第三系砂礫層、含礫砂巖層、中—細砂巖層,不透水層為粉砂質粘土巖及雜色粘土巖等。其含水介質以第三系以來的松散或半膠結巖石為主,同時,由于該層砂、砂礫石顆粒較粗,分選程度高,故其孔隙度大,連通性好,具有較強的透水性能,可構成良好的孔隙含水層,在這種含水層中,地下水徑流迅速,礦化度較低,故呈相對高阻特征。而由細粒物質構成的粘土、亞粘土,其孔隙細小,地下水運動緩慢,往往構成含水而不透水的隔水層,其中的地下水礦化程度較高,故呈相對低阻特征,顯然,這就為應用電阻率法確定地下含水的砂礫石層、中—細砂巖層提供了地球物理電性前提。

 

  3 物探直流電法找水效果

 

  3.1 技術方法選擇及干擾因素排除

 

  野外測量采用加拿大亨泰公司生產的MK—Ⅲ型大功率激 電儀,觀測視電阻率ρs,由于本區的各類沉積巖厚度變化比較大,且已知該區域的水位在200m以上,所以,我們選用對目的層分辨率高的五極縱軸測深方法進行實地施測,最大供電極距 AB/2=1500m,最大供電電流達2.5安培,測深極距MN=6～40m,觀測視電阻率,電性層觀察精度h=6～10m,每點測量深度 為200m。

 

  對于測區內地形因素影響如地形起伏、切割及溝谷分布等,選擇測線方向、布極方向應盡量平行地形切割線和溝谷走向,以降低這些不利因素對電測結果的影響。

 

  3.2 直流電法實測效果

 

  在該區找水前,我們先進行了電剖面法,基本掌握了該區域含水層在縱向和橫向上的結構變化后,再進行電測深來了解其垂向的變化,最后確定最有利的富水地段布井位。

 

  (1)電剖面成果:圖1為Ⅱ剖面地質物探(縱向)綜合剖面圖。該剖面按視電阻率ρs值的大小和ρs等值線展布規律,可分為兩個區:高阻區和低阻區。視電阻率ρs有規律地由高到低,清晰地反映了Ⅱ號線剖面上視電阻率ρs縱向變化特點:

 

  ①在1～5號點,有鶴壁組(N1h)巖層出露,巖性以膠結很好的礫巖為主,地下水埋深較大,故呈高阻特征(ρs>100Ω?m);②5～8號點,地下水埋深變小,視電阻率亦隨之降低,ρs斷面曲線逐漸變疏,表現為砂礫石含水層的地電特征;

 

  ③8～20號點,巖層顆粒變小,地下水礦化度增高并局部溢出地表,視電阻率ρs斷面曲線,表現為明顯的低阻特征(10～20Ω?m);

 

  ④20號點以后,剖面進入平原地帶,視電阻率有所提高。

 

  (2)電阻率測深成果:區內視電阻率曲線可分為三層曲線和多層曲線兩大類型。電測深三層曲線主要為K、KH、KQ、以及 H、Q等類型。多層曲線一般為HKH、KQQ型或復雜不規則型。

 

  在ρs斷面圖亦有明顯特征:

 

  ①在ρs斷面圖上部,ρs值為20～80Ω?m,反映了第四系(Q)亞粘土、亞砂土的分布;

 

  ②在ρs斷面圖中部,ρs值為150～300Ω?m,ρs等值線閉合,異常為高阻的第三系砂礫層、含礫砂巖層、中—細砂巖層所引起,為本區主要含水層;③在ρs斷面圖下部,ρs值在100Ω?m以下,主要反映了基底的電性。

 

  圖1 Ⅱ剖面地質物探(縱向)綜合剖面圖 物探電測深成果和鉆井資料表明,本區第三系中有三個含水段,分別在距地表50～70m、100～140m、170～200m處,每段有1～4個含水層,單層厚度2～26m。富水程度較好,在11眼成井中,單井單位涌水量最大可達60t/h。

 

  4 結論

 

  林州地區地下水在復雜的地質地貌條件控制下,以其高難度性和分布不均勻性為其特點。經過十幾年的生產實踐和不斷的總結研究,我們認為尋找第三系孔隙水是解決該地區水源的主要目標,其主要的含水層為第三系砂礫層、含礫砂巖層、中—細砂巖層。砂礫層多呈透鏡狀、放射狀展布,層位少而不穩定,分布范圍小而不連續。其富水規律主要由區域性地貌和地層結構控制,當地形坡度由陡變緩時,沉積物質由粗變細,含水層厚度由厚變薄,層數由少變多,地下水埋深由大變小,徑流條件由好變差。 查明并掌握第三系砂礫石的埋藏規律和分布特征,在林州山區找水具有極其重要的意義。實踐證明,電測深方法是山區找水行之有效的、深受信賴的一個主要手段。