金哲洙，曲鵬志，楊京勛，董博，張博華

吉林省第六地質(zhì)調(diào)查所，吉林 延吉 133001

0 引言

勘查區(qū)位于吉林省龍井市方位角90°方向，直距12 km處。地理坐標(biāo)為東經(jīng)：129°34′21″～129°34′52″，北緯：42°45′37″～42°46′10″。本次找水工作屬龍井市東盛涌鎮(zhèn)延?xùn)|村水文勘查的子項(xiàng)目，延?xùn)|村為東盛涌所轄行政村，屬建檔立卡貧困村，總面積30.53 km2，轄11個(gè)村民小組、7個(gè)自然屯，耕地面積942.84 hm2，以種植玉米、水稻為主?？辈閰^(qū)內(nèi)地下水資源有益礦物質(zhì)含量較高， 達(dá)到飲用礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，為幫扶貧困村創(chuàng)業(yè)創(chuàng)收，吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局下屬單位對(duì)該地區(qū)的地下水資源進(jìn)行了調(diào)研、勘查、鉆探等工作。

物探方法解決地下一定深度內(nèi)的地質(zhì)問(wèn)題具有很大的優(yōu)勢(shì)，在淺地層找水工作中，先找構(gòu)造，再判斷是否富水是最常使用的工作思路；即通常先使用聯(lián)合剖面法尋找正交點(diǎn)、再使用激電測(cè)深法獲得激發(fā)極化參數(shù)，工作效果直觀可靠。

1 工程概況

勘查區(qū)坐落于延吉盆地南部，屬于海蘭江及其支流形成的山間河谷平原及輕微切割較平緩低山，海拔標(biāo)高290～370 m,相對(duì)高差80 m。是古生代末開始形成的地塹式斷陷盆地，由第四系、白堊系沉積的碎屑巖經(jīng)長(zhǎng)期侵蝕、剝蝕形成的，山嶺和水系呈近北西向展布，兩側(cè)高中間低，“V”字形沖溝發(fā)育，丘陵呈渾圓狀，起伏較小，坡度緩和，坡角10°～15°，坡面多墾植為農(nóng)田。

勘查區(qū)內(nèi)地層有第四系、白堊系。主要巖性為第四系粉質(zhì)黏土(Q4)，白堊系大砬子組砂巖、粉砂巖(K1dl)等。物探8、9號(hào)測(cè)線方位角12°，10、11號(hào)測(cè)線方位角25°，均橫跨溝谷，聯(lián)合剖面法點(diǎn)距10 m，MN=20 m，AO=110 m；激電測(cè)深法采用溫納裝置，在模數(shù)為6.25 cm的對(duì)數(shù)紙上，取1.5 cm的長(zhǎng)度為極距的數(shù)值且使其均勻分布。根據(jù)8線、9線、10線和11線的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)行聯(lián)合剖面法與激電測(cè)深法數(shù)據(jù)的綜合分析及解譯。

圖1 勘查區(qū)地質(zhì)圖及物探測(cè)線布設(shè)Fig.1 Geological map and geophysical survey line layout in the exploration area1.第四系：粉質(zhì)黏土；2.白堊系下統(tǒng)大砬子組：紫紅色礫巖、砂巖夾粉砂巖、泥灰?guī)r；3.等高線；4.水系；5.鐵路；6.村宅；7.物探9號(hào)測(cè)線；8.推斷構(gòu)造。

2 聯(lián)合剖面法

視電阻率計(jì)算公式[1]為：

(1)

在聯(lián)合剖面法中，采用比值參數(shù)λ、G來(lái)描述曲線的變化情況[2][3]。

(2)

(3)

聯(lián)合剖面法測(cè)量結(jié)果如圖2所示。

2.1 8線聯(lián)合剖面

由比值參數(shù)λ曲線可知，1 000～1 024 m區(qū)間內(nèi)λ<1，950～1 000 m區(qū)間內(nèi)λ≥1，且表現(xiàn)為陡峰異常，985 m處λ出現(xiàn)最大值1.26；由比值參數(shù)G曲線可知，G=-0.26～0.42，957～994 m區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)陡峰異常，970 m處出現(xiàn)最大值0.42。

2.2 9線聯(lián)合剖面

由比值參數(shù)λ曲線可知，895～940 m區(qū)段兩側(cè)λ<1，895～940 m區(qū)間內(nèi)λ≥1，且表現(xiàn)為雙峰異常，925 m處λ出現(xiàn)最大值1.09；由比值參數(shù)G曲線可知，G=-0.10～0.20，920 m出現(xiàn)最小值-0.10，930 m處出現(xiàn)最大值0.20。

2.3 10線聯(lián)合剖面

由比值參數(shù)λ曲線可知，λ值整體上均大于1，1 085 m處λ出現(xiàn)最大值1.19；由比值參數(shù)G曲線可知，G=-0.12～0.39，1 130 m出現(xiàn)最小值-0.12，1 150 m處出現(xiàn)最大值0.39。

圖2 聯(lián)剖視電阻率曲線圖、比值參數(shù)λ曲線圖、比值參數(shù)G曲線圖Fig.2 The graph of AMN-MNB measurement, λ of ratio value, G of ratio value

2.4 11線聯(lián)合剖面

由比值參數(shù)λ曲線可知，998～1 047 m區(qū)段兩側(cè)λ<1，998～1 047 m區(qū)間內(nèi)λ≥1，且表現(xiàn)為雙峰異常，1 005 m處λ出現(xiàn)最大值1.14；由比值參數(shù)G曲線可知，G=-0.16～0.16，990 m出現(xiàn)最小值-0.16，1 000 m處出現(xiàn)最大值0.16。

推斷F1-1、F1-2為構(gòu)造F1，F(xiàn)2-1、F2-2為構(gòu)造F2，見圖1；為進(jìn)一步驗(yàn)證聯(lián)合剖面結(jié)果，于F1-1、F1-2、F2-1、F2-2處進(jìn)行了激電測(cè)深工作。

3 激電測(cè)深法

采用激電測(cè)深法對(duì)地層的富水性進(jìn)行探測(cè)，獲取電性參數(shù)為視電阻率ρs、視極化率ηs、半衰時(shí)St、偏離度r。

在工作當(dāng)中，采用二次場(chǎng)電位差除以總場(chǎng)電位差來(lái)表示視極化率，計(jì)算公式為：

(4)

極化二次場(chǎng)由斷電后的最大值衰減到某一百分值時(shí)所需要的時(shí)間為衰減時(shí)S，而將衰減到一半所需要的時(shí)間稱之為半衰時(shí)St。在找水工作中，經(jīng)常使用半衰時(shí)這個(gè)參數(shù)[5]，是因?yàn)榈貙痈凰栽胶茫螆?chǎng)的衰減時(shí)間越長(zhǎng)，半衰時(shí)就越大。

偏離度r是指實(shí)測(cè)放電曲線與“理想”直線方程的擬合誤差[6]，使用均方相對(duì)誤差公式進(jìn)行計(jì)算：

(5)

當(dāng)?shù)貙拥母凰暂^好時(shí)，偏離度就較小，且偏離度曲線和視極化率曲線之間呈現(xiàn)一種近似鏡像的關(guān)系[7]。

激電測(cè)深采用溫納裝置，取用AB/2為1.2 m、3 m、6 m、9 m、15 m、21 m、30 m、45 m、66 m、90 m、120 m和180 m。激電測(cè)深各參數(shù)曲線如圖3所示。

3.1 8線激電測(cè)深

視電阻率ρs曲線呈2層G型曲線，在測(cè)量深度區(qū)間,ρs=10.7～22.7 Ω·m。當(dāng)AB/2<9 m時(shí)，曲線呈上升趨勢(shì)，ρs<21.4 Ω·m；當(dāng)AB/2=9～180 m時(shí)，曲線整體較平穩(wěn)，ρs=18.4～22.7 Ω·m。

視極化率ηs曲線在AB/2<30 m時(shí)整體較平穩(wěn)，ηs=1.26～1.55%；AB/2=30～180 m時(shí)，ηs呈逐漸上升趨勢(shì)，上升段直線斜率約為30°，AB/2=180 m處為最大值，ηs=2.73%。

半衰時(shí)St曲線在AB/2<90 m時(shí)呈逐漸上升趨勢(shì)，在AB/2=90 m時(shí)達(dá)到極大值2 870 ms；當(dāng)AB/2=90～180 m時(shí)，半衰時(shí)呈急劇下降后又上升趨勢(shì)，在AB/2=120 m時(shí)達(dá)到極小值2 180 ms，在AB/2=180 m時(shí)達(dá)到測(cè)量深度內(nèi)最大值2 970 ms。

偏離度r曲線在AB/2<21 m時(shí)整體呈下降趨勢(shì)，在AB/2=21～180 m時(shí)呈跳躍形態(tài)，極值點(diǎn)也較多，這是因?yàn)槠x度在計(jì)算過(guò)程中使用了放電曲線中的所有取樣點(diǎn)，抗干擾能力也較高[8]，在AB/2=120 m時(shí)出現(xiàn)最小值1.43%，在AB/2=90 m時(shí)呈現(xiàn)的低偏離度高半衰時(shí)特征表明該深度處地層具有一定的含水性。

3.2 9線激電測(cè)深

視電阻率ρs曲線呈3層K型曲線，在測(cè)量深度區(qū)間,ρs=17.5～27.6 Ω·m。當(dāng)AB/2<6 m時(shí)，曲線呈上升趨勢(shì)，ρs<27.6 Ω·m；當(dāng)AB/2=6～180 m時(shí)，ρs=17.5～27.6 Ω·m，深部的低視電阻率值表明具有較好的富水特征。

視極化率ηs曲線在AB/2<21 m時(shí)整體較平穩(wěn)，ηs=1.19%～1.35%；當(dāng)AB/2=21～45 m時(shí)，視極化率值呈下降趨勢(shì)，該范圍極小值也是整個(gè)測(cè)量范圍的最小值在AB/2=45 m處，ηs=1.14%；當(dāng)AB/2=45～180 m時(shí)， 視極化率值呈現(xiàn)先陡增后降低的趨勢(shì)，陡增段直線斜率約為45°，該范圍極大值也是整個(gè)測(cè)量深度內(nèi)的最大值在AB/2=120 m處，ηs=3.12%，對(duì)應(yīng)的視電阻率呈降低趨勢(shì)，這種低電阻高極化特征對(duì)找水工作較為有利。

圖3 激電測(cè)深曲線圖Fig.3 The graph of IP sounding

半衰時(shí)St曲線在AB/2<21 m時(shí)呈逐漸上升趨勢(shì)，在AB/2=21 m時(shí)達(dá)到該范圍極值1 620 ms；AB/2=21～45 m時(shí)，半衰時(shí)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，該范圍極小值對(duì)應(yīng)極化率的極小值在AB/2=45 m處，St=1 420 ms；當(dāng)AB/2=45～180 m時(shí)，半衰時(shí)呈現(xiàn)先增大后減小又增大的突變特征，該范圍極大值也是整個(gè)測(cè)量深度內(nèi)的最大值在AB/2=90 m處，St=4 520 ms，表明對(duì)應(yīng)深度處的富水特征明顯。

偏離度r曲線在AB/2<15 m時(shí)呈下降趨勢(shì)，在AB/2=15～180 m時(shí)呈跳躍形態(tài)，深部AB/2=66 m和AB/2=90 m處同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)連續(xù)的極小值；偏離度r曲線不僅和視極化率ηs曲線在整體上呈現(xiàn)某種同步的升降趨勢(shì)，在本次工作中，其形態(tài)特征和半衰時(shí)St曲線呈現(xiàn)出幾乎完全對(duì)稱的鏡像關(guān)系。最小值在AB/2=90 m處，r=0.41%，該點(diǎn)“幾乎”處在了“理想”直線上；且該點(diǎn)對(duì)應(yīng)St最大值，St=4 520 ms，說(shuō)明該深度處富水性非常好。

3.3 10線激電測(cè)深

視電阻率ρs曲線呈2層G型曲線，在測(cè)量深度區(qū)間,ρs=8.45～21.1 Ω·m。當(dāng)AB/2<6 m時(shí)，曲線呈逐漸上升趨勢(shì)，ρs<17.1 Ω·m；當(dāng)AB/2=6～180 m時(shí)，曲線整體較平穩(wěn)，ρs=17.1～21.1 Ω·m。

視極化率ηs曲線在AB/2<6 m時(shí)呈整體較平穩(wěn)，ηs=0.52%～0.6%；AB/2=6～180 m時(shí)，ηs呈逐漸上升趨勢(shì)，上升段直線斜率約為30°，AB/2=180 m處為最大值，ηs=2.24%。

半衰時(shí)St曲線在AB/2<120 m時(shí)整體呈逐漸上升趨勢(shì)，在AB/2=120 m時(shí)達(dá)到極大值也是測(cè)量深度內(nèi)的最大值2 120 ms；當(dāng)AB/2=120～180 m時(shí)，半衰時(shí)呈下降趨勢(shì)。

偏離度r曲線整體呈下降趨勢(shì)，在AB/2=45 m時(shí)出現(xiàn)極大值4.51%，在AB/2=90 m時(shí)出現(xiàn)極小值也是測(cè)量深度內(nèi)的最小值1.28%，在AB/2=90～120 m區(qū)間呈現(xiàn)的低偏離度高半衰時(shí)特征表明該深度處地層具一定的含水性。

3.4 11線激電測(cè)深

視電阻率ρs曲線呈2層G型曲線，在測(cè)量深度區(qū)間,ρs=9.51～20.8 Ω·m。當(dāng)AB/2<9 m時(shí)，曲線呈上升趨勢(shì)，ρs<20.7 Ω·m；當(dāng)AB/2=9～180 m時(shí)，曲線整體較平穩(wěn)，ρs=17.1～20.8 Ω·m。

視極化率ηs曲線在AB/2<30 m時(shí)變化幅值不大，ηs=1.2～1.64%；AB/2=30～180 m時(shí)，ηs呈先降低又上升后急劇下降的趨勢(shì)，AB/2=120 m處為最大值，ηs=2.49%。

半衰時(shí)St曲線在AB/2<30 m時(shí)呈整體上升趨勢(shì)，在AB/2=30～180 m時(shí)呈跳躍形態(tài)，極值點(diǎn)也較多，在AB/2=120 m時(shí)，達(dá)到最大值2 930 ms。

偏離度r曲線在AB/2<30 m時(shí)整體呈下降趨勢(shì)，在AB/2=30～180 m時(shí)呈跳躍形態(tài)，極值點(diǎn)也較多，并與半衰時(shí)St曲線呈鏡像對(duì)稱關(guān)系，表明該范圍地層之間呈韻律分布，或分布多條富水構(gòu)造；在AB/2=120 m時(shí)出現(xiàn)最小值1.6%，該深度對(duì)應(yīng)半衰時(shí)的最大值St=2 930 ms，表明該深度處地層具有一定的含水性。

4 綜合解譯與驗(yàn)證

根據(jù)聯(lián)剖視電阻率曲線可知，8線和10線ρs曲線的梯度較陡，表明平面電性多變化且不連續(xù)；而9線和11線ρs曲線的梯度較緩，表明平面電性變化較小且較均勻。

綜合四處測(cè)深曲線，8線F1-1、11線F2-2的St、r曲線呈跳躍形態(tài)，極值點(diǎn)也較多，表明豎直方向上電性多變化且不連續(xù)；9線F1-2、10線F2-1的St、r曲線相對(duì)來(lái)說(shuō)跳躍程度較少，極值點(diǎn)也較少，表明豎直方向上電性相對(duì)來(lái)說(shuō)變化較少。

9線F1-2的AB/2=90 m附近呈現(xiàn)出低電阻高極化、高半衰時(shí)低偏離度的激發(fā)極化特征，半衰時(shí)達(dá)到勘查區(qū)內(nèi)的最大值St=4 520 ms，偏離度達(dá)到勘查區(qū)內(nèi)的最小值r=0.41%，且高半衰時(shí)低偏離度的幅值區(qū)也較寬，推斷為富水層位，富水條件非常好；半衰時(shí)和偏離度在AB/2=90 m后呈現(xiàn)的同步突變的增減對(duì)稱關(guān)系，推斷是由于下方還存在一個(gè)富水層所致。

根據(jù)地區(qū)工作經(jīng)驗(yàn)，推斷激電測(cè)深法經(jīng)驗(yàn)深度Hs=AB/4～AB/6，富水層位在30～45 m深度區(qū)間，建議鉆探深度不低于45 m，視情況而定是否繼續(xù)驗(yàn)證第二個(gè)富水層位。

根據(jù)物探結(jié)果，鉆探點(diǎn)位布置于9線925 m處，設(shè)計(jì)孔深60 m，鉆探至35 m時(shí)，遇含水層位，涌水量Q=192 m3/d。

5 結(jié)論

本次找水工作中，9線F1-2在平面和豎直方向上電性相對(duì)來(lái)說(shuō)變化不多，且正交點(diǎn)附近比值參數(shù)λ、G同時(shí)出現(xiàn)明顯的峰值異常；激電測(cè)深呈現(xiàn)出低電阻高極化、高半衰時(shí)低偏離度的激發(fā)極化特征，且高半衰時(shí)低偏離度的幅值區(qū)也較寬，曲線形態(tài)富水特征明顯，層位劃分明確，鉆探有效驗(yàn)證了推斷解譯。

地層電性的變化和不均勻，會(huì)造成比值參數(shù)和激電測(cè)深的極值點(diǎn)較多，對(duì)確定富水性和解譯會(huì)造成一定的干擾。

綜合使用聯(lián)合剖面法與激電測(cè)深法進(jìn)行找水工作，合理推斷解譯，能準(zhǔn)確確定構(gòu)造位置、富水層位及其富水性。

致謝文中的鉆探外業(yè)工作由吉林省第六地質(zhì)探礦大隊(duì)組織實(shí)施，作者在此表示衷心感謝！