综合电法在赣南红层区地下水勘探中的应用研究

胡文　卢放　李戍　雷鸣

摘 要：赣南地区广泛分布着红层地层，红层区的城镇和农业人口集中区存在供水与缺水问题，长期没有根本解决，威胁到缺水区农民的生存环境，制约贫困人口全部脱贫目标的实现。为了解决这一问题，在赣南典型地区，利用多种水文物探方法（大地电场法、音频大地电磁法、高密度电法、激发极化法等）开展综合地球物理勘查查研究工作，归纳总结红层地区富水岩体的电性特征及有效的勘查模式，为实施供水示范工程和城镇应急水源地评价，有效缓解当地群众饮水困难提供有效依据

关键词：红层;电性特征;地球物理勘查

0 前言

本次研究以赣州市兴国县为例，在充分收集前人工作资料的基础上，开展了兴国县野外地质调查工作，研究了该地区红层水文地质特征，探索了红层区隙水赋存规律。与此同时，进行了综合电法勘查工作，获取红层区了各类电性参数的分布特征，归纳总结红层地区富水岩体的电性特征及有效的勘查模式，为实施供水示范工程和城镇应急水源地评价，有效缓解当地群众饮水困难提供有效依据。

1 综合电法

地下水勘查中，物探要解决的地质问题主要为以下几个方面：首先是含水层空间结构特征精细刻画;其次是地层富水性强弱的判别;最后是地层岩性以及构造变化规律特征，为地下水赋存、运移规律的研究提供技术支撑。要解决这些问题，目前可以选用的物探方法比较多，实际工作中要依据工作区内地质及其地球物理特征来选择合适的方法及其组合。采用的物探方法既要考虑其本身的技术要求，同时考虑到综合物探参数相互验证、相互补充的优势，尽可能准确判别含水介质的空间结构特征。本工作区主要采用以下几种物探方法，即音频大地电场法、音频大地电磁法、激电法和高密度电法。

1.1 激发极化法

激发极化法是以巖、矿石激发效应差异为基础，通过观测激电效应来探查地下地质情况或解决某些水文地质问题的一类电法勘探方法[1]。视极化率是时间域激发极化法的一种基本测量参数。当地下岩、矿石的极化率分布不均匀时，用某一电极装置测量得到的视极化率，实际上就是电流作用范围内地形及各种极化体激发极化效

应的综合反映。其表达式为：

1.2 高密度电法

高密度电法，亦称高密度电阻率法，是普通电阻率法的延伸和发展，是建立在地壳中各种岩（矿）石之间具有导电性差异的基础之上，采用阵列技术，通过观测和研究在人工电场作用下地下传导电流的分布规律[2]，达到查明地下地质构造或寻找有用矿产目的的一种阵列勘探方法。与传统的电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富、解释方便。高密度电法主要用于浅层地层结构的精细刻画。特别是浅层含水层空间探测中效果明显。

1.3 音频大地电磁法

该方法观测正交的电场分量（Ex、Ey）和磁场分量（Hx、Hy），采用频谱分析及一系列运算，求得不同频率的视电阻率值。对视电阻率值分布特征进行地球物理解释，达到划分地层结构、查明地质构造空间分布特征的目的。对于水平均匀层状大地介质，视电阻率计算公式[3]如下：

1.4 音频大地电场法

音频大地电场法是以频率在20-20KHz（即亚音频和音频）范围内的天然电场为场源。在地面测量电场强度Ex，反映地层电阻率的变化，达到查明地质构造的目的。观测时，在地表沿一定方向布置测线，在测线上逐点测量两电极M、N间的交流电位差ΔV，然后计算电场强度Ex：

2 富水性类型及找水思路

工作区主要富水性类型为：（1）松散层类孔隙水;（2）碎屑岩类孔隙裂隙水;（3）风化层孔隙裂隙水;（4）基岩构造裂隙水[4]。

实际物探勘查时要了解当地的水文条件、地质特征，以确定富水性类型和找水方向，这样才能依据不同富水性类型选择对应的物探方法及其组合。松散层类孔隙水一般埋深较浅，可以用高密度加激发极化发物探组合来勘查;碎屑岩类孔隙裂隙水埋深深浅不一，对于水位较浅地区地下水勘查选择高密度电法和激电测深法组合方式最佳，对于地下水水位较深地区，在电磁干扰程度较低时，可采用AMT法+激发极化法的工作模式;风化层孔隙裂隙水工作区内埋深一般较浅，在100米以内，主要采用高密度加激发极化发物探组合来勘查;基岩构造裂隙水一般为脉状，一般先用大地电场法快速定位裂隙大概位置，然后采用高密度+激发极化法或者AMT法+激发极化法来勘查。实际工作中还要视工作区地形地貌及干扰情况来确定物探方法。

3 地质地球物理特征

由于选择电磁法类物探方法，表征地层地球物理特性的主要是地层的电性参数，主要为电阻率、极化率等。含水层空间结构的划分主要是依据电阻率值的大小以及电阻率等值线梯度变化的大小来确定，测线剖面上，纵向上电阻率等值线梯度变化比较大的区域一般为地层岩性界面，地层富水性的判定主要是依据地层极化率大小、半衰时以及电阻率的变化情况等。

4 应用实例

旺口鹅湾村位于兴国县东南方向龙口镇境内。工作区北边为河流，东南西方向为高山丘。对工作区水文地质条件调查分析的基础上，并结合本村的地形地貌条件等特征，在鹅湾村主要采用高密度电法以及激电法物探工作。测量成果图见图4-1及4-2。

由图4-1剖面图可见，工作区表层构造不发育，主要岩性为卵砾石层，下层为白垩系砂岩，为查明工作区富水性情况，分别在高密度曲线105米和340米处布置2个激电点：IP1-1、IP1-2。由图4-2可知IP1-1相对有更高极化率、高半衰时，且在AB/2=50-65有一富水性较好的含水层。后经打井验证，单井涌水量达1980m3/d。

5 结论

1、利用综合电法在红层地下水勘查中能确定很好的成果，有效解决工区缺水问题。

2、兴国红层地层的电性特征，一般体现为低电阻率低极化率低半衰时。当地层出现低电阻率、高极化率、高半衰时、高激发比以及低偏离度时，说明该区域富水性较强。

3、明确勘察思路，实际物探勘查时要了解当地的水文条件、地质特征，以确定富水性类型和找水方向，这样才能依据不同富水性类型选择对应的物探方法及其组合。

参考文献

[1]B.A.柯马洛夫，激发极化电法勘探，地质出版社[M]，1983。

[2]吴强，雷宛等，高密度电法在地下水流向调查中的应用探究[J].世界有色金属.2018（03）

[3]刘国栋，赵国泽.大地电磁法新进展[J].地球科学进展.1994（04）

[4]张艳梅;刘喜友，电法勘探在寻找基岩构造含水带中的应用[J]，黑龙江科技信息，2011（01）