何中江 HE Zhong-jiang
（四川省地質工程勘察院，成都 610072）
（Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation，Chengdu 610072，China）
摘要： 為避免單一勘探方法的多解性，提高勘探的準度與精度，在某區的物探找水實踐中，綜合運用高密度電阻率法，對稱四極電測深法、電阻率測井三種方法進行勘探，查明目標井位附近區域的岩性，推斷地層的含水性，並根據勘探結果劃定鑽井布設的合理位置。
Abstract: In order to avoid the uncertainty of single exploration method, improve the accuracy and precision of the exploration, the high-density resistivity method, symmetrical four-pole sounding method and resistivity logging are synthetically used in the practice of geophysical prospecting groundwater exploration to identify the lithology of adjacent region of the target location, infer the aquosity of stratum and according to the exploration results to delimit the reasonable location of the borehole layout.
關鍵詞 ： 高密度電阻率法；對稱四級電測深；電阻率測井；地下水
Key words: high-density resistivity method；symmetrical four-pole sounding；resistivity logging；underground water
中圖分類號：P331.3 文獻標識碼：A
文章編號：1006-4311（2015）02-0047-03
0 引言
電法勘探是以介質的電磁學（如導電性、導磁性、介電性）或電化學特性差異為基礎，查明地下地質構造解決地質問題或尋找電性不均勻體的一類勘探地球物理方法。廣泛應用於尋找金屬、非金屬礦床、勘查地下水資源和能源、解決某些工程地質及深部地質問題方面。
含水岩土介質的電阻率相對較低，並且與含水量以及水中溶解的礦物成分有關，因此在缺水地區尋找地下水的工作中，各種電法勘探往往成為最常用的勘探手段。根據含水介質與圍岩之間的明顯電性差異，結合水文地質資料，可以查明地下富水體的位置，並劃分含水地層。目前用於地下水勘探的電法主要有直流電阻率法、激電測深法、激發極化法、大地電磁法、充電法等多種。本文根據工區水文地質條件，因地制宜選擇直流電阻率法中的三種不同方法，綜合應用來彌補單一方法多解性造成的錯誤認識和判斷，對某區進行勘探，旨在獲取地下岩性變化特徵，尋找含地下水豐富的地層。
1 區域水文地質概況
工區地層主要為第四系全新統沖積層、第四系坡洪積和三疊系雜谷腦組。地貌類型為侵蝕堆積地貌的河漫灘和一級階地。該區域河漫灘孔隙水和第四系一級階地孔隙潛水主要受大氣降雨及河水補給，其徑流條件好，徑流途徑短，其動態變化受氣象因素控制。補給面積大，地下水豐富。按地下水的賦存條件、水理性質及水力特徵，目標井位附近為第四系一級階地孔隙潛水、第四系坡（洪）積裙（扇）孔隙潛水和基岩風化網狀裂隙水三大類。
1.1 第四系一級階地孔隙潛水 一級階地含水層組以沖積砂卵石和砂礫石層為主，上覆的亞砂土較薄，加之溪溝縱橫，有利於孔隙水接受溪溝、河流補給，地下水富水性相對較好。
1.2 第四系坡（洪）積孔隙潛水 第四系坡洪積發育於溝谷兩側的斜坡地帶，傾向河溝，但不利於大氣降水入滲補給，富水性相對較差。
1.3 風化帶網狀裂隙水 風化帶網狀裂隙水一般砂岩較板岩富水性好，該區砂岩的裂隙率一般在2-3%，而板岩裂隙率一般小於1.5%，調查區基岩多為複式緊密褶皺，岩層傾角多在45°以上，由於風化強烈，裂隙發育，裂隙率0.8-2.93%，為地下水儲存提供了良好的空間，且地形切割深度不大，一般100-300m，地形起伏較緩，對地下水的補給彙集創造了條件，因此富水性相對較好。
2 勘探方法的選擇
直流電阻率法是以岩層的電祖率差異為前提的地球物理勘探方法。不同岩性電阻率不同，而同一岩性因受組成礦物的種類與含量、風化破碎程度、含水性等因素的影響，其電阻率值往往也存在較大差異。結合地質資料與前期的現場試驗，勘探範圍內各岩性之間存在明顯電性差異，具備開展物探工作的條件。工區勘探範圍內各岩性的電阻率值統計如表1所示。
結合工區的實際地質情況以及勘探任務要求，採用高密度電法並結合對稱四極電測深法進行勘探，並對已有鑽孔進行普通電阻率測井，以了解工區下伏各地層的含水情況。
2.1 高密度電阻率法 高密度電法兼具剖面法與電測深法的效果，並具有點距小，數據採集密度大的特點，將所得的大量數據利用現代反演技術直接反演成電阻率剖面圖，利用反演所得成果，能夠對岩體、土體的界線作出劃分，同時對構造造成的異常區域進行劃分。
本次高密度電法勘探採用溫納裝置，測量時，M不動，A、N、B逐點從兩邊向M移動，直到A到達M前一個電極，得到一條滾動線；接著M向右移動一個電極間距，A、N、B逐點從兩邊向M移動，得到另一條滾動線；依次類推（如圖1），通過對地表不同部位人工電場的掃描測量，得到視電阻率斷面圖像。這樣，由此來了解地下介質視電阻率ρs的分布，根據岩土介質視電阻率的分布推斷解釋地下地質結構。
2.2 對稱四極電測深 電測深法作為傳統的單點觀測方法，通過正確的工作布置和解釋，可以確定勘察區內各個岩層的電阻率值變化規律，並獲取單點的地層解釋深度，以此對高密度電法反演成果圖進行校正，可以使高密度電法反演結果的解譯更加科學可信。
本次直流電測深法採用對稱四極裝置，測量時，0點不動，AB 逐點向兩邊移動，得到一條視電阻率曲線（見圖2）；接著移動O點，這樣通過對地表不同部位人工電場的掃描測量，得到剖面上不同位置的視電阻率曲線，通過解譯曲線來了解地下介質視電阻率ρs，根據岩土介質視電阻率的分布推斷解釋地下地質結構。
2.3 電阻率測井 電阻率測井是以研究岩石電阻率為基礎的一種測井方法，它是通過測量人工電場沿著井剖面的變化來反映岩石電阻率變化，從而確定地層的岩性及厚度等。其勘探原理如圖3所示，現場勘探時，沿井提升儀器，可以得到一條隨井深變化的電阻率曲線，即為電阻率測井曲線。
3 勘探結果分析
在工區內的目標井位附近布設多條測線進行高密度電法勘探，使已有鑽孔儘量在測線位置上，此外在測區內選取若干點進行對稱四極電測深，輔助高密度電阻率法進行解釋。對已有鑽孔進行電阻率測井，用於檢驗並校正高密度電阻率法的反演解釋結果，消除因反演的多解性帶來的偏差乃至錯誤解譯。根據勘探結果，本文選取其中的一條測線A進行分析解釋。
圖4為工區典型的對稱四級電阻率測深曲線。通過分析可以得知：該電測深曲線類型是「HK」型，結合具體地質情況分析其電性層與岩性相關關係為：ρ1（表層土）＞ρ2（粘土）＜ρ3（砂卵石）＞ρ4（砂岩），在解譯時，把曲線「H」點定義為粘土層底板線，把曲線「K」點定義為砂卵石層底板線，在定性解譯的基礎上，對電測深曲線進行了定量解譯，通過解譯可以得知：在該點處，粘土層底板埋深3.7m左右，卵石層底板埋深19.5m左右，覆蓋層以下為砂岩，電測深曲線未揭穿該層。通過對各剖面電測深曲線的分析和解譯，得到各剖面地下岩性層分布的大致情況，以此為基礎，對高密度電法反演成果圖進行解譯。
高密度電阻率法野外採集的數據經過反演計算，轉換為深度—電阻率的關係，以獲得地下地電斷面的特徵。反演處理主要包括：根據地質調查資料建立初始的二維地電模型、選擇反演參數（阻尼係數、疊代次數、收斂極限）等，然後採用最小二乘法，查看反演結果，最後進行地形校正，得到工區的高密度電法反演斷面如圖5所示。
從圖5中可看出：縱向上電阻率值自上而下呈低→高形態，從橫向上看，除剖面末端外，同一深度範圍內，電阻率值變化不大，由此可以推斷，剖面所揭露的地層岩性分布較為均勻，通過分析具體地質資料和電測深資料，推斷上部高阻區域劃分為砂卵石層，其電阻範圍值為180～320Ω·m，且卵石層厚度分布不均勻，在剖面中段，卵石層較厚，其最大厚度達到27m，而剖面兩端，卵石層厚度較小，厚度最小處只有4.4m左右，卵石層以下，電阻率值明顯降低，為45～80Ω·m，推斷該低阻區域為砂岩，勘察深度內未揭穿該層，另外，由於基岩強風化帶在成果圖上反映不明顯，因此未對基岩風化帶界線進行劃分。
通過對比SK3號孔電阻率測井曲線（圖6）和現場資料可知：測井段全部在砂岩層中，電阻率測井曲線在井深8.6m～12.4m段，電阻率值明顯較小，最大視電阻率值只有34.5Ω·m左右，明顯小於較深部地層的電阻率值，該層與圖3-2中淺部的低阻區域對應關係良好，鑽探揭示該段砂岩為強風化層；12.4m以下，視電阻率範圍在50～100Ω·m，為中風化砂岩。
4 結論
通過三種電阻率法的綜合應用，可以得到如下結論：
①目標井位附近覆蓋層主要為砂卵石，且卵石層厚度分布不均勻，由於卵石層孔隙率較大，因此其對地下水具有很好的滲透性，砂卵石層以下為強~中風化砂岩層，對地下水也具一定的滲透性，在有水源補給的情況下，剖面揭露的岩性層都為含水層，因此該剖面適合規劃布置鑽井。
②直流電阻率法對含水地層反應較靈敏，並且具有抗干擾能力強、原理成熟、解譯簡單快捷等優點，可以有效合理地指導井位的選擇。本次物探工作採取了高密度電法結合對稱四極電測深法的方法，使解譯精度比單一方法有所提高，此外，對已有鑽孔採用電阻率測井方法，可以更好地反映工區地層岩性空間展布、含水性等實際情況。
參考文獻：
[1]楊發傑，劉全德.電法綜合參數在遼寧思拉堡地區地熱探測中的應用[J].礦產與地質，2004，08.
[2]屈燕微，程順有，等.綜合電法在找水中的應用[J].地下水，2008，03.
[3]李金銘.地電場與電法勘探[M].北京：地質出版社，2005：208-215.
[4]劉曉東.高密度電法在工程物探中的應用[J].工程勘察，2001（4）：64-66.
[5]劉國輝，張獻民，賈學民.地下水資源電法勘探新技術[M].北京：地震出版社，2007：60-64.
（四川省地質工程勘察院，成都 610072）
（Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation，Chengdu 610072，China）
摘要： 為避免單一勘探方法的多解性，提高勘探的準度與精度，在某區的物探找水實踐中，綜合運用高密度電阻率法，對稱四極電測深法、電阻率測井三種方法進行勘探，查明目標井位附近區域的岩性，推斷地層的含水性，並根據勘探結果劃定鑽井布設的合理位置。
Abstract: In order to avoid the uncertainty of single exploration method, improve the accuracy and precision of the exploration, the high-density resistivity method, symmetrical four-pole sounding method and resistivity logging are synthetically used in the practice of geophysical prospecting groundwater exploration to identify the lithology of adjacent region of the target location, infer the aquosity of stratum and according to the exploration results to delimit the reasonable location of the borehole layout.
關鍵詞 ： 高密度電阻率法；對稱四級電測深；電阻率測井；地下水
Key words: high-density resistivity method；symmetrical four-pole sounding；resistivity logging；underground water
中圖分類號：P331.3 文獻標識碼：A
文章編號：1006-4311（2015）02-0047-03
0 引言
電法勘探是以介質的電磁學（如導電性、導磁性、介電性）或電化學特性差異為基礎，查明地下地質構造解決地質問題或尋找電性不均勻體的一類勘探地球物理方法。廣泛應用於尋找金屬、非金屬礦床、勘查地下水資源和能源、解決某些工程地質及深部地質問題方面。
含水岩土介質的電阻率相對較低，並且與含水量以及水中溶解的礦物成分有關，因此在缺水地區尋找地下水的工作中，各種電法勘探往往成為最常用的勘探手段。根據含水介質與圍岩之間的明顯電性差異，結合水文地質資料，可以查明地下富水體的位置，並劃分含水地層。目前用於地下水勘探的電法主要有直流電阻率法、激電測深法、激發極化法、大地電磁法、充電法等多種。本文根據工區水文地質條件，因地制宜選擇直流電阻率法中的三種不同方法，綜合應用來彌補單一方法多解性造成的錯誤認識和判斷，對某區進行勘探，旨在獲取地下岩性變化特徵，尋找含地下水豐富的地層。
1 區域水文地質概況
工區地層主要為第四系全新統沖積層、第四系坡洪積和三疊系雜谷腦組。地貌類型為侵蝕堆積地貌的河漫灘和一級階地。該區域河漫灘孔隙水和第四系一級階地孔隙潛水主要受大氣降雨及河水補給，其徑流條件好，徑流途徑短，其動態變化受氣象因素控制。補給面積大，地下水豐富。按地下水的賦存條件、水理性質及水力特徵，目標井位附近為第四系一級階地孔隙潛水、第四系坡（洪）積裙（扇）孔隙潛水和基岩風化網狀裂隙水三大類。
1.1 第四系一級階地孔隙潛水 一級階地含水層組以沖積砂卵石和砂礫石層為主，上覆的亞砂土較薄，加之溪溝縱橫，有利於孔隙水接受溪溝、河流補給，地下水富水性相對較好。
1.2 第四系坡（洪）積孔隙潛水 第四系坡洪積發育於溝谷兩側的斜坡地帶，傾向河溝，但不利於大氣降水入滲補給，富水性相對較差。
1.3 風化帶網狀裂隙水 風化帶網狀裂隙水一般砂岩較板岩富水性好，該區砂岩的裂隙率一般在2-3%，而板岩裂隙率一般小於1.5%，調查區基岩多為複式緊密褶皺，岩層傾角多在45°以上，由於風化強烈，裂隙發育，裂隙率0.8-2.93%，為地下水儲存提供了良好的空間，且地形切割深度不大，一般100-300m，地形起伏較緩，對地下水的補給彙集創造了條件，因此富水性相對較好。
2 勘探方法的選擇
直流電阻率法是以岩層的電祖率差異為前提的地球物理勘探方法。不同岩性電阻率不同，而同一岩性因受組成礦物的種類與含量、風化破碎程度、含水性等因素的影響，其電阻率值往往也存在較大差異。結合地質資料與前期的現場試驗，勘探範圍內各岩性之間存在明顯電性差異，具備開展物探工作的條件。工區勘探範圍內各岩性的電阻率值統計如表1所示。
結合工區的實際地質情況以及勘探任務要求，採用高密度電法並結合對稱四極電測深法進行勘探，並對已有鑽孔進行普通電阻率測井，以了解工區下伏各地層的含水情況。
2.1 高密度電阻率法 高密度電法兼具剖面法與電測深法的效果，並具有點距小，數據採集密度大的特點，將所得的大量數據利用現代反演技術直接反演成電阻率剖面圖，利用反演所得成果，能夠對岩體、土體的界線作出劃分，同時對構造造成的異常區域進行劃分。
本次高密度電法勘探採用溫納裝置，測量時，M不動，A、N、B逐點從兩邊向M移動，直到A到達M前一個電極，得到一條滾動線；接著M向右移動一個電極間距，A、N、B逐點從兩邊向M移動，得到另一條滾動線；依次類推（如圖1），通過對地表不同部位人工電場的掃描測量，得到視電阻率斷面圖像。這樣，由此來了解地下介質視電阻率ρs的分布，根據岩土介質視電阻率的分布推斷解釋地下地質結構。
2.2 對稱四極電測深 電測深法作為傳統的單點觀測方法，通過正確的工作布置和解釋，可以確定勘察區內各個岩層的電阻率值變化規律，並獲取單點的地層解釋深度，以此對高密度電法反演成果圖進行校正，可以使高密度電法反演結果的解譯更加科學可信。
本次直流電測深法採用對稱四極裝置，測量時，0點不動，AB 逐點向兩邊移動，得到一條視電阻率曲線（見圖2）；接著移動O點，這樣通過對地表不同部位人工電場的掃描測量，得到剖面上不同位置的視電阻率曲線，通過解譯曲線來了解地下介質視電阻率ρs，根據岩土介質視電阻率的分布推斷解釋地下地質結構。
2.3 電阻率測井 電阻率測井是以研究岩石電阻率為基礎的一種測井方法，它是通過測量人工電場沿著井剖面的變化來反映岩石電阻率變化，從而確定地層的岩性及厚度等。其勘探原理如圖3所示，現場勘探時，沿井提升儀器，可以得到一條隨井深變化的電阻率曲線，即為電阻率測井曲線。
3 勘探結果分析
在工區內的目標井位附近布設多條測線進行高密度電法勘探，使已有鑽孔儘量在測線位置上，此外在測區內選取若干點進行對稱四極電測深，輔助高密度電阻率法進行解釋。對已有鑽孔進行電阻率測井，用於檢驗並校正高密度電阻率法的反演解釋結果，消除因反演的多解性帶來的偏差乃至錯誤解譯。根據勘探結果，本文選取其中的一條測線A進行分析解釋。
圖4為工區典型的對稱四級電阻率測深曲線。通過分析可以得知：該電測深曲線類型是「HK」型，結合具體地質情況分析其電性層與岩性相關關係為：ρ1（表層土）＞ρ2（粘土）＜ρ3（砂卵石）＞ρ4（砂岩），在解譯時，把曲線「H」點定義為粘土層底板線，把曲線「K」點定義為砂卵石層底板線，在定性解譯的基礎上，對電測深曲線進行了定量解譯，通過解譯可以得知：在該點處，粘土層底板埋深3.7m左右，卵石層底板埋深19.5m左右，覆蓋層以下為砂岩，電測深曲線未揭穿該層。通過對各剖面電測深曲線的分析和解譯，得到各剖面地下岩性層分布的大致情況，以此為基礎，對高密度電法反演成果圖進行解譯。
高密度電阻率法野外採集的數據經過反演計算，轉換為深度—電阻率的關係，以獲得地下地電斷面的特徵。反演處理主要包括：根據地質調查資料建立初始的二維地電模型、選擇反演參數（阻尼係數、疊代次數、收斂極限）等，然後採用最小二乘法，查看反演結果，最後進行地形校正，得到工區的高密度電法反演斷面如圖5所示。
從圖5中可看出：縱向上電阻率值自上而下呈低→高形態，從橫向上看，除剖面末端外，同一深度範圍內，電阻率值變化不大，由此可以推斷，剖面所揭露的地層岩性分布較為均勻，通過分析具體地質資料和電測深資料，推斷上部高阻區域劃分為砂卵石層，其電阻範圍值為180～320Ω·m，且卵石層厚度分布不均勻，在剖面中段，卵石層較厚，其最大厚度達到27m，而剖面兩端，卵石層厚度較小，厚度最小處只有4.4m左右，卵石層以下，電阻率值明顯降低，為45～80Ω·m，推斷該低阻區域為砂岩，勘察深度內未揭穿該層，另外，由於基岩強風化帶在成果圖上反映不明顯，因此未對基岩風化帶界線進行劃分。
通過對比SK3號孔電阻率測井曲線（圖6）和現場資料可知：測井段全部在砂岩層中，電阻率測井曲線在井深8.6m～12.4m段，電阻率值明顯較小，最大視電阻率值只有34.5Ω·m左右，明顯小於較深部地層的電阻率值，該層與圖3-2中淺部的低阻區域對應關係良好，鑽探揭示該段砂岩為強風化層；12.4m以下，視電阻率範圍在50～100Ω·m，為中風化砂岩。
4 結論
通過三種電阻率法的綜合應用，可以得到如下結論：
①目標井位附近覆蓋層主要為砂卵石，且卵石層厚度分布不均勻，由於卵石層孔隙率較大，因此其對地下水具有很好的滲透性，砂卵石層以下為強~中風化砂岩層，對地下水也具一定的滲透性，在有水源補給的情況下，剖面揭露的岩性層都為含水層，因此該剖面適合規劃布置鑽井。
②直流電阻率法對含水地層反應較靈敏，並且具有抗干擾能力強、原理成熟、解譯簡單快捷等優點，可以有效合理地指導井位的選擇。本次物探工作採取了高密度電法結合對稱四極電測深法的方法，使解譯精度比單一方法有所提高，此外，對已有鑽孔採用電阻率測井方法，可以更好地反映工區地層岩性空間展布、含水性等實際情況。
參考文獻：
[1]楊發傑，劉全德.電法綜合參數在遼寧思拉堡地區地熱探測中的應用[J].礦產與地質，2004，08.
[2]屈燕微，程順有，等.綜合電法在找水中的應用[J].地下水，2008，03.
[3]李金銘.地電場與電法勘探[M].北京：地質出版社，2005：208-215.
[4]劉曉東.高密度電法在工程物探中的應用[J].工程勘察，2001（4）：64-66.
[5]劉國輝，張獻民，賈學民.地下水資源電法勘探新技術[M].北京：地震出版社，2007：60-64.
收藏