高密度电法在嘎海山水库水文地质勘探中的应用

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摘  要：高密度电阻率法因其工作效率高、生成成本低等特点在地质找矿领域与工程地质勘查中有着很广泛的应用。文章通过工程实例，阐述了高密度探测在嘎海山水库的应用效果，证明了利用高密度电法探测沙漠地区水文地质具有实用性和有效性。

关键词：高密度电法;基岩顶界面;水文地质

中图分类号：TU195 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）10-0180-03

Abstract： High density resistivity method is widely used in geological prospecting and engineering geological exploration because of its high working efficiency and low production cost. In this paper， the application effect of high density detection in Gahaishan Reservoir is expounded through an engineering example， and it is proved that it is practical and effective to use high density electrical method to detect hydrogeology in desert area.

Keywords： high density resistivity method; bedrock top interface; hydrogeology

高密度电阻率法的基本理论与传统的电阻率法完全相同，所不同的是高密度电法在观测中设置了较高密度的测点，现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，由主机自动控制供电电极和接收电极的变化，完成测量[1]。在设计和技术实施上，高密度电法测量系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用的电极数量多，而且电极之间可自由组合，这样就可以提取更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探一样使用多次覆盖式的测量方式[2]。

本次施工的主要目的是利用高密度电阻率法，还原嘎海山水库地下水文地质形态及结合岩性反演技术解释实际地质构造，探查沙漠地区水文地质情况。

1 地质概况及地球物理特征

1.1 地质概况

本区从构造体系上属天山-阴山纬向构造带东端与扭动构造的新华夏系的联合部位，地层分区属敖汉小区。独特的地质历史条件，形成了独特的地貌、地层、构造景观。

流域内地形总体上说，西高、东低，河谷两侧高，中间低。拟建水库周边地貌类型按成因类型可分为构造剥蚀地形、剥蚀堆积地形和堆积地形三大类。

在坝址区300km范围内出露的地层有太古界建平群大营子组（Arjnd）、古生界志留系上统下石碑组（S3x）、石炭系中统家道沟组（C2j）、上统酒局子组（C3j）、;二迭系下统青凤山组（P1q）;中生界侏罗系吐呼鲁组（J3t）、九佛堂组（J3jf）;白垩系下统嫩江组（K1n）、上统四方台组（K2s）; 新生界上第三系泰康组（Nt）、第四系更新统和全新统。

1.2 水文地质条件

本区的水文地质条件主要受区域性构造、地貌、地层岩性、水文气象条件控制。特别是新构造运动的抬升影响，形成本区北部地表水和地下水的分水岭。本区由南部黄土丘陵、黄土台地逐渐过渡为北部的风积、冲积河谷平原。风积、冲积河谷平原属西辽河流域;分水岭南侧养畜牧河，属柳河水系。

拟建库区位于分水岭之南侧，地貌类型属黄土丘陵和微波状黄土台地区。黄土丘陵区由于长期遭受风化剥蚀，多形成平缓的山顶，岩石强烈风化破碎，其上多被第四系风积黄土状粉土所覆盖;微波状黄土台地区岩性松散，有利于大气降水的渗入补给和基岩裂隙水的形成与赋存，由于地形坡度较大，冲沟发育、切割较深，大气降水大部分以地表迳流的形式汇入养畜牧河，构成地表洪流，部分渗入地下，形成地下水，水库外围地区地下水多以泉的形式排泄或以地下迳流的形式向养畜牧河河谷排泄。由泉排泄出的地下水以迳流形式排入养畜牧河中构河水的基流。河谷地区是本区地下水的主要富集区。根据区域水文地质资料，本区地下水在养畜牧河以北，风积冲积平原中含水层岩性主要为细砂、粉砂，水位埋深除沙垅分布区大于5m外，其它地区均小于5m，含水层厚度一般40-60m，单井涌水量400-1000m3/d;养畜牧河南侧低山丘陵区含水层主要以基岩风化裂隙和构造裂隙为主，地下水的富水性决定于裂隙的发育程度和连通情况，5m降深单井涌水量100-500t/d，渗透系数2.3-13.5m/d;微波状黄土台地区含水层岩性为黄土状粉土，厚度20-60m，单井涌水量100-500m3/d。

1.3 地球物理特征

工區位于垄状沙地、沙丘荒漠之中，据相关地质资料介绍，该区第四系地层均由风积沙、粉砂等组成，含水层赋存于细砂之中，隔水层亦由粉砂等组成。

理论上讲，干燥地层的电阻率表现为极大值，而随着地层中的湿度和含水程度的增加，如饱含地下水，则地层电阻率将急剧下降，显示出明显的低阻特征，不含水的地层表现为相对高阻异常（见图1）。

图1 地层电阻率对比图

工区内地质构造简单，区内地层沉积较为稳定，因此横向电性差异应较小。而纵向上电性发生变化则表明地下地质层位发生改变。综上，具备了在工区内开展高密度电法解决地质问题的前提条件。

2 数据采集方案

在高密度电阻率法勘探中，野外数据采集是非常重要的基础工作，野外数据采集质量的好坏关系到勘探工作的成果。为了确保数据能够保质保量的采集，在野外数据采集之前要做好各种准备，注意采集时的各种细致问题。

2.1 仪器设备

野外数据采集仪器;采用WDJD-2型多功能数字直流激电仪、两台WDZJ-1型多路电极转换器，组成的WGMD-3高密度电阻率测量系统。观测参数为视电阻率ρs，以电极数120根为基本观测断面。

2.2 测网布设

测线的布置本着从已知到未知，并垂直构造和异常体为原则。在布置测网时测线尽量均匀分布在勘察体范围，测线长度应能控制勘察区边界和边缘界限;联络测线和主测线垂直，便于研究分析。但具体情况还要具体分析，主要还是以解决地质任务为目的。本次勘探测线布设以规范为原则，结合地质任务进行布置，全区共布置测线3条，测线方向均为南北向，各测线线长均为4km，D1与D2线间距为1277m，D2与D3线间距为1066m，测点点距为10m。详见研究区施工布置图（图3），研究区共完成3条勘探线，完成观测断面长度12km，设计物理点合计1203个。

3 资料解释与分析

通过对视电阻率成像色谱图分析，推断得出各测线地层层位视电阻率参数和厚度;（各测线因采集的数据不同，RES2DINV反演程序给出二维视电阻率成像色谱剖面图中的色标不做统一规定）。以下结合图3对D1线进行解释。

3.1 剖面解释

D1线：大体高程在305m以上范围为一层，该覆盖层视电阻率值在800Ω·m以上，为地表沙层干燥、松散影响所至。上部高阻层与下部低阻的分界面，即含水层潜水面位置，含水面高程在307m左右。

D1线大体高程在245m以上的范围主要为低阻体分布，视电阻率值范围在10-400Ω·m，为富水性较好的含水层及潮湿过度带，含水层厚度在58-75m左右。低阻含水层下电阻率值逐渐升高。

高程在230m-248m为相对隔水层;在低阻背景场下，出现的相对高阻区，物性分界面有明显区分，视电阻率值大于400Ω·m，厚度约20m左右，隔水层下电阻率值继续升高。

高程在230m-248m以下分析认为是底部地层岩性发生变化，至电阻率值继续增高，基底地层电阻率大于1200Ω·m，底部地层大体南高北低呈波状起伏。

3.2 成果分析

本次物探工作的主要目的是确定嘎海山水库库区左侧地貌分水岭范围地下水水位高程、相对隔水层、基岩顶界面埋深及基岩起伏情况。

（1）地下水位高程分析

本区地下水水位西侧高程在307m左右，东侧高程在302m左右，中间略低。地下水位高程总体趋势西高东低，（偏西南高，偏东北低）。

（2）相对隔水层分析

本区相对隔水层东侧埋深在69m-88m，西侧埋深在70m-90m。中间较浅，埋深在62m-80m。

（3）基岩起伏分析

本区基岩顶界面埋深西南侧较浅，埋深在85m左右，最深处在中部西北侧，埋深在100m左右，底部基岩总体为南部略高，北部略低，由南向北呈波状趋势发展。

3.3 实际验证效果

在施工完本区高密度电阻率法勘探后，委托方在区内各条测线附近施工了三个钻孔，即FSL1、FSL2、FSL3号钻孔，验证情况见表1。

从验证结果看，钻孔实见与电法标定比较吻合，解释误差符合相关要求。

4 结论

通过对该区高密度电阻率法数据反演结果分析，认为本区基岩顶界面埋深西南侧较浅，埋深在85m左右，最深处在中部西北侧，埋深在100m左右，底部基岩总体为南部略高，北部略低，由南向北呈波状趋势发展。

基底起伏形态，大体为D1线底部地层大体南高北低呈波状起伏;D2线底部地层大体南高北低呈波状起伏;D3线底部地层为由南部低凹、中部抬起、北部升高的波狀起伏。

根据本次高密度电法勘查结果，证明了利用高密度电法探测沙漠地区水文地质具有实用性和有效性。通过实际验证，本次勘查结果取得了较好效果。

参考文献：

[1]董浩斌，王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘，2003，10（1）：171-176.

[2]底青云，倪大来，王若.高密度电阻率成像[J].地球物理学进展，2003，18（2）：323-326.

[3]赵志宇，等.通辽市库伦旗嘎海山水库工程库区左侧分水岭水文地质物探勘察报告[R].沈阳：东北煤田地质局物探测量队，2015.