孫銀行，田蒲源，楊勤海，楊桂新，朱慶俊

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051）

0 引言

花崗巖類巖石在我國(guó)廣泛分布，共出露面積約86×104km2，占全國(guó)總陸地面積的9%左右（洪大衛(wèi)等，2007）。一般在花崗巖中，若沒(méi)有裂隙或構(gòu)造的影響，巖石都比較完整，一般不具有透水性，含水性也比較差，大多數(shù)情況下可作為隔水層（黃道順，2005）。一些學(xué)者對(duì)花崗巖裂隙和水含量進(jìn)行了研究（韓亮等,2015；董榮，2016），此外關(guān)于物探找水的研究成果也很顯著和眾多（焦彥杰等，2011；陳書客，2017；任鴻飛等，2019；張立劍等，2019；郭海等，2019；岳廣俊等，2019；李巧靈等，2019；薛勝利和凌丹丹，2019；羅發(fā)科和張虎，2020），如焦彥杰等（2011）采用電法在西南灰?guī)r地區(qū)成功圈定含水巖溶帶，任鴻飛等（2019）采用大地電磁法和地震方法在砂巖中成功尋找到地?zé)崴?，張立劍等?019）采用綜合電法在承德凝灰?guī)r地層探測(cè)到礦泉水，岳廣俊等（2019）利用可控源大地電磁法在白云巖地區(qū)尋找到構(gòu)造裂隙水，薛勝利和凌丹丹（2019）利用激電法在細(xì)砂巖地層中尋找到地下水。但是花崗巖地區(qū)物探找水的研究較少，系統(tǒng)性也不強(qiáng)，所以對(duì)花崗巖地區(qū)開展物探找水研究具有重要意義。

研究區(qū)位于山東省臨朐縣境內(nèi)，具體位置范圍在東經(jīng)118°40′55.92″～118°43′54.54″，北緯36°19′55.70″～36°25′8.14″。由于研究區(qū)屬于花崗巖區(qū)，地下水一般相對(duì)貧乏，是我國(guó)較典型的缺水類型區(qū)域。本文將在分析花崗巖地區(qū)地下水賦存類型的基礎(chǔ)上，針對(duì)該研究區(qū)的地下水類型，選擇合理的物探方法，總結(jié)研究區(qū)花崗巖找水的經(jīng)驗(yàn)，為類似區(qū)域開展物探找水提供思路。

1 花崗巖地區(qū)地下水賦存類型及其分析

花崗巖屬于塊狀巖類，依據(jù)含水層不同主要可分成三大類：風(fēng)化裂隙型水、巖脈構(gòu)造裂隙型水和斷裂構(gòu)造裂隙型水。

風(fēng)化裂隙型水埋藏較淺，基本依靠大氣降水的補(bǔ)給，富水性與地形地貌、構(gòu)造和原巖結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。風(fēng)化帶發(fā)育較好且厚度較大的丘陵山區(qū)以及匯水的低洼區(qū)域，地下水的儲(chǔ)存空間大，富水性比較好。在花崗巖風(fēng)化帶中，原巖礦物中的石英含量越多、粒徑越粗，滲透系數(shù)越大，越有利于風(fēng)化裂隙水的富集，反之，其風(fēng)化裂隙帶的富水性就越差。受構(gòu)造影響的風(fēng)化帶富水性一般比沒(méi)有構(gòu)造的風(fēng)化帶富水性要好（黃道順，2005）。此外風(fēng)化裂隙水的富水性也受風(fēng)化程度的影響，一般情況下全風(fēng)化透水性較差，弱風(fēng)化一般裂隙較大，其儲(chǔ)水條件比全風(fēng)化要好。

巖脈型構(gòu)造裂隙水，因?yàn)槭r脈的抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，構(gòu)造裂隙中一般充填物較少，其透水性和含水性較強(qiáng)；常見的中基性巖脈（如輝綠巖脈、閃長(zhǎng)玢巖脈、煌斑巖脈）比較容易風(fēng)化，花崗巖裂隙常被粘土類物質(zhì)充填堵塞，富水性比較差。

斷裂構(gòu)造裂隙型水常受斷層的規(guī)模、性質(zhì)、充填物、巖脈等因素的影響，其透水性和含水性相差較大。一般來(lái)講，張性及張扭性斷層多產(chǎn)生張性開裂或構(gòu)造角礫巖，其透水性及含水性都較強(qiáng)；壓性及壓扭性斷層，巖石糜棱巖化，裂隙呈密集的細(xì)小裂隙，或被其它物質(zhì)所充填，斷層破碎帶本身的透水性及含水性較差。此外，斷層帶及旁側(cè)巖石裂隙的發(fā)育程度影響著斷層破碎帶的富水性，斷層破碎帶越長(zhǎng)越寬，斷層的規(guī)模越大，斷層的富水性就越強(qiáng)，但是斷層影響帶以外的巖石富水性很差（黃道順，2005）。

2 花崗巖找水的地球物理前提

目標(biāo)地質(zhì)體和圍巖存在明顯的電性差異是采用物探方法解決地質(zhì)問(wèn)題的前提，研究區(qū)勘探的主要任務(wù)為探測(cè)花崗巖地區(qū)的富水異常區(qū)。電阻率是反映地中富水性密切相關(guān)的重要參數(shù)。結(jié)合以往各種有關(guān)地質(zhì)資料，完整基巖的電阻率一般為500～1000 Ω·m，但當(dāng)其因破碎或裂隙發(fā)育充水時(shí)，其導(dǎo)電性會(huì)顯著增強(qiáng)，視電阻率明顯降低，含水破碎帶的電阻率一般為60～500 Ω·m，在電法資料上會(huì)產(chǎn)生明顯的橫向低阻異常（段佳松，1999）。因此應(yīng)用以獲取電阻率參數(shù)的電法和電磁法尋找花崗巖中的含水?dāng)鄬訋Ь哂谐浞值牡厍蛭锢砬疤帷?/p>

3 工作區(qū)水文地質(zhì)概況

臨朐縣東南部的蘇家官莊村與南福山村無(wú)固定灌溉水源，經(jīng)常發(fā)生旱情，大部分農(nóng)田受災(zāi)，群眾生活用水也受到威脅。本次找水工作主要是為其解決生活用水問(wèn)題。

工作區(qū)屬于低山丘陵及殘丘花崗巖地區(qū)，地形相對(duì)比較復(fù)雜，沖溝發(fā)育，切割深度最深可達(dá)40 m，山頂呈圓形或橢圓形，坡面及谷底有少量第四系殘坡積及坡洪積物堆積。在大地構(gòu)造分區(qū)上屬于沂山斷塊凸起，第四系厚度一般小于2 m，溝谷邊緣可達(dá)5 m。工作區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對(duì)不發(fā)育，只在南福山村西發(fā)育一條北北東向斷層，且斷層延伸較遠(yuǎn)。工作區(qū)巖性以元古宙二長(zhǎng)花崗巖為主，表面強(qiáng)風(fēng)化至全風(fēng)化。

在這類地區(qū)尋找地下水只能以尋找斷裂構(gòu)造、破碎帶為主要對(duì)象，研究是否有裂隙型水的存在。斷裂裂隙帶，特別是張性斷裂帶附近一般裂隙較發(fā)育，易于產(chǎn)生深厚風(fēng)化帶，再加上斷層破碎帶中富含大量的水，總水量一般相對(duì)風(fēng)化裂隙型水較大。

4 物探勘查實(shí)例

4.1 高密度電阻率法勘查實(shí)例

工作區(qū)選擇蘇家官莊村。受巖性條件和補(bǔ)給條件限制，本區(qū)深部構(gòu)造裂隙富水性差，地下水主要賦存于風(fēng)化殼和淺部構(gòu)造裂隙中。在場(chǎng)地條件允許的條件下，選擇橫向分辨率較高、對(duì)淺層目標(biāo)地質(zhì)體刻畫精細(xì)的高密度電法開展工作具有一定的優(yōu)勢(shì)（梁開華等，2013），該方法廣泛應(yīng)用于水文地質(zhì)和工程地質(zhì)勘查等領(lǐng)域（郭鐵柱，2001；劉曉東，2001；楊發(fā)杰和巨妙蘭，2004；劉昌忠等，2004；朱自強(qiáng)和戴亦軍，2004；宋洪偉等，2019）。

考慮本村的實(shí)際情況，選擇地勢(shì)較低、場(chǎng)地條件較好的村南開展高密度電法工作，目的是查明花崗巖風(fēng)化殼厚度，同時(shí)兼顧北西向構(gòu)造。野外工作中采用美國(guó)AGI公司SuperSting R8/IP高密度電法儀。極距為5 m，測(cè)線長(zhǎng)495 m，測(cè)線方向北東40°（工作布置示意圖見圖1），共計(jì)100個(gè)物理點(diǎn)。野外工作中，在數(shù)據(jù)測(cè)量之前對(duì)接地電極進(jìn)行了測(cè)試。對(duì)于接地電阻大的電極，采用深埋或澆水方式來(lái)減小接地電阻。測(cè)量時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，對(duì)超出預(yù)設(shè)定誤差的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量。對(duì)于大多數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)而言，其重復(fù)測(cè)量誤差小于5%。

圖1 臨朐縣蘇家官莊工作布置示意圖

通過(guò)分析勘查結(jié)果（圖2），部面220～320 m間發(fā)育一層連續(xù)的風(fēng)化殼，發(fā)育深度在30 m左右。其中剖面310 m左右埋深20～40 m電阻率值最低，推測(cè)此處風(fēng)化殼富水性較佳；此外，由電阻率等值線的畸變分析該處存在一小規(guī)模斷層，而且斷層帶區(qū)域的地層電阻率小于200 Ω·m，由此在剖面310 m確定為宜井位置。經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證后，該井成功出水，井深180 m，出水量15 m3/h。

圖2 臨朐縣蘇家官莊高密度電法勘查成果——物探剖面（a）及地質(zhì)解譯（b）

4.2 音頻大地電磁測(cè)深法勘查實(shí)例

工作區(qū)選擇南福山村。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖，一條北北東向斷層于村莊西面通過(guò)，且斷層延伸較遠(yuǎn)。音頻大地電磁測(cè)深法探測(cè)深度大（楊進(jìn)和安海忠，1995；武毅等，2002），深部分辨率高，受場(chǎng)地限制較小，選擇該方法在本村尋找深部構(gòu)造裂隙水具有一定優(yōu)勢(shì)。

考慮本村的實(shí)際情況，選擇地勢(shì)較低、場(chǎng)地條件較好的村東開展音頻大地電磁測(cè)深法開展工作。實(shí)際工作中采用EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)工作，點(diǎn)距15 m，測(cè)線長(zhǎng)225 m，剖面方向北西280°（工作布置示意圖見圖3），主要查明斷層的空間位置、發(fā)育規(guī)模及風(fēng)化殼厚度。

圖3 臨朐縣南福山村工作布置示意圖

勘查結(jié)果（圖4）反映出工作區(qū)風(fēng)化殼厚度變化較大，最大發(fā)育深度約40 m；北北東向斷層帶及其影響帶寬約90 m（剖面范圍90～180 m內(nèi)），而且斷層帶區(qū)域的地層電阻率小于300 Ω·m，在剖面120 m位置處斷層發(fā)育最深，深度可達(dá)160余米。因此，宜井位置初步定在EH4剖面120 m處，基本具備成井所需的地層巖性、構(gòu)造及鉆探條件，可鉆探施工。但是在開鉆后，當(dāng)鉆探進(jìn)尺110 m掉鉆，斷層帶物質(zhì)糜棱巖化，富水性差。井位移至剖面15 m處，該處風(fēng)化殼厚度大，且有斷層顯示，推測(cè)其為北北東向主斷層的次級(jí)構(gòu)造，以構(gòu)造裂隙和花崗巖風(fēng)化殼作為取水目的層。經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證后，該井成功出水，出水量15 m3/h。

圖4 臨朐縣南福山村EH4勘查成果——物探剖面（a）及地質(zhì)解譯（b）

由此井位的變動(dòng)，我們得到實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在EH4剖面135 m處，該斷層為壓扭性斷層。一般壓扭性斷層富水性較差，甚至無(wú)水，該位置就出現(xiàn)了無(wú)水的情況。當(dāng)剖面移到15 m處后，該井成功出水，因?yàn)樵撐恢玫臉?gòu)造為張性斷層。因此在確定孔位時(shí)，結(jié)合地質(zhì)資料，注意斷層的性質(zhì)，判斷該斷層是張性斷層還是壓扭性斷層，其富水性差別比較大，一般張性斷層富水性較好，壓扭性斷層富水性很差。

5 結(jié)論

針對(duì)缺水的花崗巖類地區(qū)，在總結(jié)花崗巖地下水賦存類型的基礎(chǔ)上，分析了不同類型地下水的賦存特征，通過(guò)分析在山東臨朐縣蘇家官莊和南福山兩個(gè)缺水村找水的典型實(shí)踐案例，表明應(yīng)用高密度電法和音頻大地電磁測(cè)深法在花崗巖地區(qū)尋找風(fēng)華裂隙水和構(gòu)造裂隙水是有效可行的，為在花崗巖類缺水地區(qū)找水提供了方法參考。