物探直流电法在林州地区找水中的应用

  摘要:简述了林州地区的水文地质和地球物理特征,以及物探直流电法在林州地区找水中的应用效果,总结了该地区含水层的地电特征和找水规律。

 

  关键词:方法应用;直流电法;地下水

 

  1 概述

 

  林州地区属豫北干旱地区,山区约占总面积的五分之三。这里,十年九旱,靠天吃饭。由于本区地表水源不足,工农业用水和

 

  居民生活用水,主要依靠地下水资源。由于严重缺水而长期处于贫困状态,直接影响着当地工农业的发展。十几年来,我队应用物探电测深法,配合地质在该区进行地下水勘查,总结出了该地区第三系含水层的地电特征和找水规律,在很多历年来被认为贫水或无水地区,找到了丰富的地下水。 下面,我们以林州地区前进农场为例,来阐述该地区第三系含水层的地电特征和找水规律。 2 水文地质及地球物理特征 前进农场为一典型的太行山山前冲积平原边缘的垄岗区,地势较高,沟谷切割剧烈,地下水没有足够的补给条件,区内初露 的地层主要是第四系(Q)和第三系(N1)。

 

  第四系(Q):分布在区内地形相对低缓处和沟谷中,大部分为可耕种的农田,沟谷的两侧则形成陡立的土坎,其主要成份是棕红色粘土,厚度从数厘米至数十米不等。 第三系(N1):本区在垄岗的上部和冲沟陡岸上,出露有鹤壁组(N1h),上部胶结很好的厚层青灰色砾岩(中间含薄层砂岩层),在厚层青灰色砾岩的下部为粉砂质粘土岩、粉砂岩、杂色粘土岩、中—细砂岩、泥灰岩等。下伏彰武组(N1z)的地层,岩性主要为杂色粘土岩、砂质粘土岩、中—细砂岩或含砾砂岩互层。

 

  本区主要含水层为潜水面以下的第三系砂砾层、含砾砂岩层、中—细砂岩层,不透水层为粉砂质粘土岩及杂色粘土岩等。其含水介质以第三系以来的松散或半胶结岩石为主,同时,由于该层砂、砂砾石颗粒较粗,分选程度高,故其孔隙度大,连通性好,具有较强的透水性能,可构成良好的孔隙含水层,在这种含水层中,地下水径流迅速,矿化度较低,故呈相对高阻特征。而由细粒物质构成的粘土、亚粘土,其孔隙细小,地下水运动缓慢,往往构成含水而不透水的隔水层,其中的地下水矿化程度较高,故呈相对低阻特征,显然,这就为应用电阻率法确定地下含水的砂砾石层、中—细砂岩层提供了地球物理电性前提。

 

  3 物探直流电法找水效果

 

  3.1 技术方法选择及干扰因素排除

 

  野外测量采用加拿大亨泰公司生产的MK—Ⅲ型大功率激 电仪,观测视电阻率ρs,由于本区的各类沉积岩厚度变化比较大,且已知该区域的水位在200m以上,所以,我们选用对目的层分辨率高的五极纵轴测深方法进行实地施测,最大供电极距 AB/2=1500m,最大供电电流达2.5安培,测深极距MN=6～40m,观测视电阻率,电性层观察精度h=6～10m,每点测量深度 为200m。

 

  对于测区内地形因素影响如地形起伏、切割及沟谷分布等,选择测线方向、布极方向应尽量平行地形切割线和沟谷走向,以降低这些不利因素对电测结果的影响。

 

  3.2 直流电法实测效果

 

  在该区找水前,我们先进行了电剖面法,基本掌握了该区域含水层在纵向和横向上的结构变化后,再进行电测深来了解其垂向的变化,最后确定最有利的富水地段布井位。

 

  (1)电剖面成果:图1为Ⅱ剖面地质物探(纵向)综合剖面图。该剖面按视电阻率ρs值的大小和ρs等值线展布规律,可分为两个区:高阻区和低阻区。视电阻率ρs有规律地由高到低,清晰地反映了Ⅱ号线剖面上视电阻率ρs纵向变化特点:

 

  ①在1～5号点,有鹤壁组(N1h)岩层出露,岩性以胶结很好的砾岩为主,地下水埋深较大,故呈高阻特征(ρs>100Ω?m);②5～8号点,地下水埋深变小,视电阻率亦随之降低,ρs断面曲线逐渐变疏,表现为砂砾石含水层的地电特征;

 

  ③8～20号点,岩层颗粒变小,地下水矿化度增高并局部溢出地表,视电阻率ρs断面曲线,表现为明显的低阻特征(10～20Ω?m);

 

  ④20号点以后,剖面进入平原地带,视电阻率有所提高。

 

  (2)电阻率测深成果:区内视电阻率曲线可分为三层曲线和多层曲线两大类型。电测深三层曲线主要为K、KH、KQ、以及 H、Q等类型。多层曲线一般为HKH、KQQ型或复杂不规则型。

 

  在ρs断面图亦有明显特征:

 

  ①在ρs断面图上部,ρs值为20～80Ω?m,反映了第四系(Q)亚粘土、亚砂土的分布;

 

  ②在ρs断面图中部,ρs值为150～300Ω?m,ρs等值线闭合,异常为高阻的第三系砂砾层、含砾砂岩层、中—细砂岩层所引起,为本区主要含水层;③在ρs断面图下部,ρs值在100Ω?m以下,主要反映了基底的电性。

 

  图1 Ⅱ剖面地质物探(纵向)综合剖面图 物探电测深成果和钻井资料表明,本区第三系中有三个含水段,分别在距地表50～70m、100～140m、170～200m处,每段有1～4个含水层,单层厚度2～26m。富水程度较好,在11眼成井中,单井单位涌水量最大可达60t/h。

 

  4 结论

 

  林州地区地下水在复杂的地质地貌条件控制下,以其高难度性和分布不均匀性为其特点。经过十几年的生产实践和不断的总结研究,我们认为寻找第三系孔隙水是解决该地区水源的主要目标,其主要的含水层为第三系砂砾层、含砾砂岩层、中—细砂岩层。砂砾层多呈透镜状、放射状展布,层位少而不稳定,分布范围小而不连续。其富水规律主要由区域性地貌和地层结构控制,当地形坡度由陡变缓时,沉积物质由粗变细,含水层厚度由厚变薄,层数由少变多,地下水埋深由大变小,径流条件由好变差。 查明并掌握第三系砂砾石的埋藏规律和分布特征,在林州山区找水具有极其重要的意义。实践证明,电测深方法是山区找水行之有效的、深受信赖的一个主要手段。