激电测深在关中地区寻找地下水中的应用

侯强郭丽

摘要：激电测深的物探方法在寻找地下水方面的技术已经成熟。本文简要介绍了直流激发激化法基本原理和应用方法，通过关中某地找水的工程实例，应用激电测深的方法探测水文地质条件，掌握含隔水层分布特征及其富水性，通过反演推断解释反应地下富水区分布特征，与已知结果对比验证解释结果。

关键词：物探；地下水；电阻率；极化率；激发极化

一引言

大功率激电测深在是常见的一种电法勘探方法，这种地球物理勘探方法常用来找矿找水，在寻找地下水赋水位置上有很高的准确性。理论依据是水的电阻率极低，水与围岩的电性差异明显，不同岩层之间也存在电性差异，以此为理论基础研究地电剖面垂向的变化，分析含水断裂带，第四系松散岩类孔隙水（区内浅层地下水主要赋存方式）。

二方法原理

向地面以下连续供恒定不变的直流电流，地面两个测量电极间的电位差却随时间而有所变化，长时间后趋于稳定饱和。断电后，测量电极间仍存在一随时间而减小的微小电位差，并在相当长的时间后衰减趋于零。这种在充电和放电过程中产生随时间而变化的附加电场的现象也就是激发极化效应。这种变化的附加电场的“二次场”也就是“激发极化场”。（如图1）。

实际生产通常采用四极装置测量大地电阻率和极化率的。通过两个电极A（+I）及B（-I）向大地发射电流，建立人工电场，由电法仪器测出另外两个电极M、N间的电位差及供电回路电流I，量取AM、AN、BM、BN之间的距离，经过测量和计算可获得在电场控制范围内岩石的极化率和电阻率。如图2所示。

这种装置的特点是AO=BO；MO=NO，记录点取在MN的中点O点。其表达式为：

………………………（1）

其中：

………………………（2）

三测区地球物理特征

物性差异是物探工作的前提，激电测深是利用各不同岩性之间的电阻率差异。根据本区水文地质钻孔资料，钻孔中揭露的岩芯主要有黄土、粉质粘土、细砂、中砂、粗砂等。结合本区地球物理测井资料与岩芯物性测试结果，统计本区电物性测量结果如下：

从上表可以看出，地表黄土视电阻率较高；粉质粘土视电阻率较低；细砂视电阻率较粉质粘土高；中砂视电阻率略高于细砂；粗砂视电阻率在本区最高。

四资料处理

资料应用中国地质调查局发展研究中心开发的软件《RGⅠS》进行处理。

电阻率/极化率一维连续介质反演采用迭代反演，其基本原理是先根据实际情况，给定一组初始模型参数，计算出相应的视电阻率理论值，将它与观测的视电阻率比较，计算两者的误差，并根据它修改模型参数。再利用新的层参数计算理论视电阻率值，并再作比较，再修改层参数，直到计算的视电阻率与实际的观测结果之差在一定的范围内为止，并将此时的理论值所对应的地电模型参数作为解释结果。

视极化率反演的基本原理是首先将视极化率转换成等效视电阻率，按上述方法对等效视电阻率进行反演，得等效电阻率，再根据等效电阻率原理将等效电阻率转化为地层的本征极化率。其中，深度系数K是根据已知井的电测深曲线进行换算。

极距与深度换算系数的确定：本次激电测深供电极距AB/2=800米，拟揭示400m深度内的地层岩性大致分布情况。为了对区内地层界面有一个较准确清晰的划分，对区内每个点视电阻率ρs曲线按其变化特征进行分层，统计层厚度及视电阻率ρs平均值，特别是对曲线形态好，层位清晰的曲线进行统计，找出其拐点或特征点。

在已知钻孔SD1进行了试验，试验测深点编号290。应用RGIS软件对290测深点进行反演，与位于测区内已知井层位为标准，进行分层。

通过反演资料和已知钻孔SD1层对比统计，认为极距AB/2=20米处与SD1孔粉质粘土界面对应关系良好，曲线拐点明显，分层特征明确（图3），因此取AB/2=20米对已知井计算极距与深度的转算系数，结果为0.72。

剖面特征:Ⅰ-Ⅰ′号剖面长18.3km激电测深点37个。从视电阻率与视极化率拟断面图（图4、图5）上可以看出，Ⅰ-Ⅰ′号剖面在AB/2上视电阻率ρs大多幅值介于7~28Ω•m，小于18Ω•m的ρs低阻体自南向北逐渐增厚，深度变浅；视极化率ηs幅值大多为0.4%~2.2%之间，大于1.0%的较高视极化率区域位于275点到350点之间，深度位于AB/2约90米到450米之间。

由电物性测量结果可知，Ⅰ-Ⅰ′号剖面地表表现出的高阻体为结冻的黄土或粉砂的反映，厚度约2～20米；浅部表现出的高阻体幅值为20～36Ω•m为中砂的反映，厚度约10～50米；深部低阻体为粉质粘土的反映，且自南向北逐渐增厚。由于本区地层含碱性较强，因此，视极化率异常表现为含水性或含碱性的高低。

地层推断解释:根据对视电阻率ρs曲线进行反演计算，结合区内水文地质、钻孔资料，可以从激电剖面上将本区地层分为三种：黄土层、粉质粘土与砂层。见图6、Ⅰ-Ⅰ′剖面推断解释具有以下特征：

（1）黄土视电阻率介于10～50Ω•m，大部分表层黄土因为干燥而呈现高阻，视电阻率大于20Ω•m，部分地段由于农田灌溉，表层黄土视电阻率较低，不大于20Ω•m。随着深度向下，含水量变大，黄土层视电阻率值逐步变小，为潜水面的划分提供依据。

（2）粉质粘土在本区视电阻率最低，幅值范围为10～16Ω•m，均值为13Ω•m，本区激电剖面上反映的低阻区域大多为粉质粘土反映。

（3）砂层在本区主要为中砂、粗砂，浅部含有少量细砂。砂层在本区视电阻率最高，幅值范围为20～30Ω•m，均值为25Ω•m。激电剖面上中深部反映的高阻区域均为砂层反映，部分地段砂层由于含水量较大，视电阻率呈现出低阻。

（2）相对富水区

位于Ⅰ-Ⅰ′剖面325-340号点之间。由视电阻率ρs、视极化率ηs二个参数异常组成，各参数异常之间总体对应关系良好，深度范围30-120米。

五结论

根据视电阻率反演断面特征，对测区地层划分了两层，即黄土层、砂层与粉质粘土互层。黄土层厚度为2～30米。根据测深视电阻率（ρs）、视极化率（ηs）两个参数剖面异常，以高极化为特征，结合水文钻孔综合分析研究，对测区内不同剖面的赋水特征进行富水区及相对富水区的预测。根据推断资料和已知资料的对比，发现吻合度很高，推断方法的当，推断结果真实可信。

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