冀顯坤，白 運，郭偉立

(中國地質調查局西安地質調查中心，陜西 西安 710054)

電阻率測深法在柴達木盆地地下水調查評價中的應用

冀顯坤，白 運，郭偉立

(中國地質調查局西安地質調查中心，陜西 西安 710054)

都蘭縣地處柴達木盆地，為高原大陸性氣候， 以干旱為主要特點，自然景觀為干旱荒漠，主要土類為鹽化荒漠土和石膏荒漠土。隨著礦產資源與農業(yè)經濟的飛速發(fā)展，對水資源的需求愈發(fā)突出，為此開展柴達木盆地水文地質調查工作，其中地球物理勘探的目的是探查富水區(qū)及流域剖面上第四系含水層的水文地質結構和空間變化特征。主要確定第四系含水介質的巖性、厚度、埋藏深度及基底形態(tài)。電阻率測深法是地下水勘探中重要的技術手段，本文介紹了其中的對稱四極測深法在柴達木盆地地下水調查中的應用，在山前地下水埋深較淺地區(qū)，通過向地下供電，建立人工電場，測量電場地下介質的分布。所取得野外實測數據是地下地質構造體分布及電性特征的綜合反映，消除或壓制這些干擾因素的影響，最大程度得到反映地電斷面真實信息的信號。在定性分析的基礎上進行定量反演計算剖面電性結構特征，劃分含水層，確定基巖面，最后取得了良好的應用效果。

電阻率測深；地下水；對稱四極

豐富的礦產和農牧業(yè)資源是促進都蘭縣經濟社會建設的重要推力，由于都蘭縣地處干旱盆地，縣域內降水稀少，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源勘查研究程度低，現(xiàn)有水文地質資料難以滿足新經濟形式下的礦產資源開發(fā)及農業(yè)園區(qū)擴大建設對地下水資源需求，為此開展了柴達木盆地水文地質調查任務，為了查明第四系厚度，劃分含水層范圍，采用地球物理勘探方法技術，本文所述電阻率測深法則是其中的內容。

1 電阻率測深法工作原理

電阻率法屬于傳導類電法勘探方法。建立在地殼中各種巖礦石具有各種導電性差異的基礎上，通過觀察和研究與這些差異有關的天然電場或人工電場的分布規(guī)律，從而達到查明下構造的目的。在地層巖性電阻率的實際測定工作中，所測得的電阻率并不等于某一巖層的真電阻率，也不是各地層電阻率的平均值，而是該電場分布范圍內，各種巖層電阻率綜合影響的結果，稱之為視電阻率，用符號ρs表示。其表達式為：

(1)

式中：ρs的單位為Ω·m，K 為與電極排列有關的裝置系數，單位為m。 ΔUMN為MN測量電極的電位差，I為供電電流。

更確切地說，電阻率法應稱作視電阻率法，它是根據所觀測視電阻率值的變化特點和規(guī)律去發(fā)現(xiàn)和了解地下電性不均勻體，根據不同地電斷面揭示地下地層情況，從而達到探測地質構造、儲水構造、尋找地下礦物和地下水的目的。

電阻率測深法簡稱電測深法，它是研究垂向地質構造的重要物探方法。其實質是在每個電測深點上，用改變供電極距的方法來控制不同的勘探深度，由淺入深地了解測深點地下介質垂向電阻率的變化。綜合每條測線的測量結果，通過定性分析和定量解釋，獲得每條測線的地電斷面資料；綜合工區(qū)各測線的測量結果，來獲得地下巖石、含水巖層沿水平方向和垂直方向變化的資料，以達到立體填圖的效果。常用

裝置為對稱四極法。對稱四極的裝置如圖1。

圖1 對稱四極裝置圖

供電電極 AB 和測量電極 MN 對稱分布在測點 o 兩側，并沿一直線排列，一般 AB 長度選擇遵循以下公式。

AB=(4～6)H

(2)

式中：H為目標體深度。

MN=(1/3—1/5)AB

(3)

式中：MN 應等于 1～2 倍的點距。裝置系數計算公式為：

(4)

2 工作裝置及極距的選擇

本文激電測深裝置采用對稱四極裝置，按照最大極距估算公式AB≈(3～5)×H 可初步估算出最大供電極距，綜合考慮信號衰減和地形因素，初步確定一個發(fā)射極距。根據試驗，本次測深工作最大AB/2取500 m，最大MN/2取100 m，采用等比裝置，其比值為1/5。測深極距布設參見表1。

表1 激電測深極距表

時間制式參數選擇

用大功率直流電法儀時,其延時一般取200 ms、采樣寬度、二次場采樣塊數、迭加次數均是由儀器本身固有設定的，這里不再另行設置。

供電周期預設為16 s，供電時間為T=4 s。

測量視極化率(ηs)、視電阻率(ρs)和自然電位(ΔV)三項參數。其中視極化率(ηs)取4塊積分面積，即測量記錄ηs1、ηs2、ηs3、ηs4，以便數據分析處理和成圖時，選取穩(wěn)定可靠的視極化率進行。在重點測深點的重點深度異常部位，測量記錄ηs1～ηs4等多個參數，為分析異常屬性提供二次場“衰減曲線”。

3 工作區(qū)地質概況

3.1 水文地質

依據地質、地貌和地下水埋藏條件與水力性質等，柴達木盆地含水層系統(tǒng)可劃分為松散巖類孔隙含水層系統(tǒng)、碎屑巖類孔隙裂隙含水層系統(tǒng)、碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層系統(tǒng)、巖漿巖類孔隙裂隙含水層系統(tǒng)、變質巖類裂隙含水層系統(tǒng)、多年凍結層含水層系統(tǒng)六種類型。具有集中供水價值的是第四系松散巖類孔隙地下水。

第四系松散巖類孔隙含水層系統(tǒng)的結構及主要特征：

分布于柴達木盆地廣大的平原區(qū)及山區(qū)溝谷地帶。含水介質主要由第四系松散堆積物組成。松散巖類孔隙含水層系統(tǒng)的結構特征、地下水富水性及水質等，從山前—盆地中心，總體上具有環(huán)帶狀或半環(huán)帶狀分布規(guī)律。水文地質剖面見圖2。

圖2 都蘭縣察汗烏蘇河谷水文地質剖面圖(張戈等)

3.2 地球物理前提

第四系松散沉積、沖積物，其電阻率與孔隙度和富水性的關系就較之巖石的復雜多了。不含水的干砂礫石，其電阻率高達幾百至幾千Ω·m，飽水的砂礫石其電阻率顯著下降。而在同樣飽水的情況下，粗顆粒的砂礫石電阻率比細顆粒的細砂、粉砂高?？傊?，在第四系地層中潛水位以下的高阻層反映為粗顆粒的含水層，當然，在這些高阻層中，隨著粗顆粒松散層的粒徑不同，電阻率相對也有一定變化。作為隔水層的粘土類的電阻率遠比含水層低。上述的地電特點，為地面電電阻率法和電測井法尋找和劃分含水層與隔水層并判斷其富水性提供了充分的理論依據。

工區(qū)物性資料顯示，砂礫石層視電阻率為100～120 Ω·M；中粗砂層的視電阻率為80～100Ω·M；中細砂層的視電阻率為60～90 Ω·M；亞砂土的視電阻率為40～60 Ω·M；亞粘土的視電阻率為30～50 Ω·M；粘土的視電阻率為20～40 Ω·M。

本地區(qū)第四系覆蓋層主要為沖洪積粗砂石和砂礫卵石，冰水堆積含泥砂、礫卵石、粗砂，冰川堆積泥質礫石、砂及粘土，少量芒硝、石膏，含水后電阻率呈現(xiàn)低阻電性特征，含少量水或者不含水屬于中阻的電性特征。盆地基地為巖漿巖屬于高阻，與第四系覆蓋層電性差異大，具有電阻率法勘探的物性前提。

4 數據處理

野外實測數據是地下地質構造體分布及電性特征的綜合反映，包含了自然界本身存在的各種不同的干擾(噪音)成分。資料預處理就是要消除或壓制這些干擾因素的影響，最大程度得到反映地電斷面真實信息的信號。在定性分析的基礎上進行一、二維定量反演計算。根據視電阻率直方圖(圖3)結果，根據物性資料可知，可劃分對應為含水的中粗砂層，以及淺層的含水層，下部的基巖三個層次，呈現(xiàn)典型的三層結構。

圖3 視電阻率分布圖

圖4 工作布置圖

激電異常體埋深計算

異常埋深計算采用桂林工學院的2.5維電法正反演解釋軟件，本軟件適合于目前高密度電法、常規(guī)電法不同裝置的雙頻儀實測數據(視電阻率和視幅頻率)反演解釋。也適用于水平地形和起伏地形下的數據解釋，且不需要對地形影響進行校正。本反演算法是基于電阻率/幅頻率數據2.5維有限元正演模擬和基于光滑模型約束最小二乘反演算法。在正演計算中，采用了三角單元剖分，能很好的模擬起伏地形，單元內的電性參數設置為連續(xù)變化。在反演的目標函數中，加入了最簡單模型和背景場等先驗信息，減少了解的多解性。

5 推斷解釋

測線位于都蘭縣城北部，橫穿察汗烏蘇河測線兩端均處于山前。工作部署如圖4。

從電性結構分析，呈現(xiàn)三層電性結構，上部為第四系沖積含水層，電阻率較低，中間為隔水層，電阻率較高，最下層為基巖，電阻率較高，基底起伏形態(tài)清晰連貫，如圖5。

圖5 推斷解釋

6 結語

向地下建立人工電場，測量地下半空間介質的電場分布，結合水文地質、地球物理資料，根據統(tǒng)計分析結果，可以快速的定性劃分地下水文地質結構，了解地下特征。根據已知資料，對測深曲線進行二維正反演，根據剖面的地球物理特征，可定量確定所測地質斷面的水文地質特征，確定和層位在剖面上的埋深以及空間的展布。為布置鉆孔提供技術支撐。通過在柴達木盆地的應用表明：電阻率測深法具有施工簡便，抗干擾強，解釋簡單快速等特點，可有效的圈定含水層，查明地下水文地質構造，在地下水勘探中具有良好的應用效果。

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Application of Resistivity Sounding Method in Investigation and Evaluation of Groundwater in Qaidam Basin

JI Xian-kun, BAI Yun, GUO Wei-li

(Xi'an Geological Survey Center of China Geological Survey, Shaanxi Xi’an 710054)

Dulan Country is located in the Qaidam Basin, which is the continental climate of the plateau and the main features is drought. The natural landscape is arid desert, and the main soil is salinized desert soil and gypsum desert soil. With the rapid development of mineral resources and agricultural economy, the demand for water resources is becoming more and more prominent, to this end, the hydrogeological investigation work of Qaidam Basin is carried out. The purpose of geophysical exploration is to explore the hydrogeological structure and spatial variation characteristics of the Quaternary aquifer in the rich and regional watersheds. The lithology, thickness, burial depth and basement morphology of the Quaternary aquifer are mainly determined. The resistivity sounding method is an important technical means in groundwater exploration. This paper introduces the application of the symmetrical quadrupole sounding method in the groundwater survey of Qaidam Basin. In the shallow groundwater field, by supplying electric for underground can establish man-made electric field and measure the distribution of underground media in electric field. The obtained data is the comprehensive reflection of the distribution and electrical characteristics of the underground geological structure, the elimination or suppression of the influence of these disturbances can get the signal of the true information of the electrical section at the largest degree. On the basis of qualitative analysis, the quantitative structure of the profile is calculated by quantitative inversion, the aquifer is divided, the bedrock surface is determined, and finally the good application effect is achieved.

resistivity sounding; groundwater; the symmetrical quadrupole sounding method

2017-03-24

東昆侖銅鎳多金屬資源基地調查(121201011000150005)

冀顯坤(1980-)，男，陜西商洛人，工程師，主要從事電磁法勘探研究工作。

P641.8

B

1004-1184(2017)04-0013-03