云南省曲靖地区电阻率测深曲线类型及含水指示

摘 要:持续干旱天气使西南大部分地区地下水长时间得不到补充,浅层地下水源干涸,人畜饮水困难,找水打井、解决生产生活用水比较紧迫。西南地区地下水开发程度较低,受地质环境因素控制,找水难度较大。以水文地质调查为前提,在云南省曲靖地区投入电阻率测深、核磁共振等勘查方法,系统分析并归纳了曲靖地区电测深方法电阻率曲线类型,不同类型曲线含水指示,并结合部分钻孔资料,探索含水地层地球物理标志,提高红层地区地下水勘查认识。

关键词:电阻率测深 核磁共振

中图分类号:P631文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0125-02

1 曲靖地区地质概况和地下水附存特征

曲靖地区除中生界白垩系外,其它各界如震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系和三叠系系均有出露,水源地评价区多为第三系、第四系地层覆盖,其中第四系以湖相、冰水湖相沉积,冲洪积物及红土化作用形成的红土较为常见。局域构造上多变,褶皱与断裂十分发育(王宇,2008),相邻区域可比性差。

根据含水层空隙性质,区内地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三种类型,其中以岩溶水的分布最为广泛。

孔隙水:孔隙水多集中于寻甸盆地、曲靖盆地和会泽盆地等山间盆地之中,根据其成因类型及地貌条件,可以划分为河谷冲积洪积型、盆谷地湖积冲积型和高台冲积、冰水砾石、泥砾型等三种类型。

裂隙水:裂隙水一般以分散的潜流为主,受大气降水补给,泉水流量不大,径流模数一般在1—5l/s·km2,富水性普遍较弱。根据裂隙的成因,裂隙水分为构造裂隙水和风化裂隙水两大类。

岩溶水:区内碳酸盐岩地层分布极为广泛,储集大量丰富的岩溶水,是区内最主要的地下水类型,但由于受构造和岩性岩相的影响,富水程度极不均一。在质纯、块状、厚层状的碳酸盐岩分布区和有利构造部位(张性断裂带、压性或压扭性断裂带影响带附近),岩溶发育强烈,岩溶水富集,岩溶水水动力状态具洞—隙状急变流(管道流)特征,泉流量可达2000L/S。而在碎屑岩与碳酸盐互层分布区和构造不发育地区,可溶岩厚度薄,岩溶不甚发育,岩溶水贫乏,岩溶水水动力状态为稳定流,泉流量普遍小于0.1L/S。

2 方法简介及工作区岩层地球物理特征

电阻率是表征物质电性特征的基本参数,不同岩矿石、地下不均匀体(岩溶、风化层等)地质构造(断裂,不同岩性接触带等)因成分和结构等不同而具有不同电性特征,这些是开展电法勘探工作的基础。电阻率测深是通过改变观测装置,获取不同深度上电阻率随深度变化规律,从而对地下地层属性作出推断解释,这就是电阻率测深的基本原理(西安地质学院,1981)。

粘土层和红土层因富水性差别而显示较大电性差异。一般地,含饱和水的粘土层具有低电阻率特点,ρs值在1～10Ω·m范围波动,砂岩和多孔灰岩(溶蚀裂隙发育,含水)ρs值在35～100Ω·m范围内,新鲜灰岩一般大于2000、3000Ω·m以上。

红层地区常见岩石电性特征:粘土层电阻率(Ω·m)为0.1～10;干粘土为10～100;泥岩为10～100;泥质页岩为20～1000;红砂岩为10～100;致密砂岩为100～1000;砾岩为10～10000;泥灰岩为50～800;砂岩风化松散粘土(不含水)为450～820;泥岩残积物互层为16～22;石灰岩为300～10000;页岩为10～100;砂砾石(饱和咸水)为9～60;中粗砂(饱和咸水)为4～15;粉细砂(饱和咸水)为3～8;粘土(饱和咸水)为2.5～5;地下淡水为＜100;地下咸水为0.1～10;洪积层残积物为150～180和风化玄武岩为100～120。

3 主要曲线类型与断面电性特征

工作布置分布曲靖地区全境,评价靶区较为分散。因此水文地质条件和物探测深地段地电断面变化较大,测深曲线类型多样。归纳全区测深曲线类型,常见的曲线主要有以下几种类型(傅良奎,电法勘探教程)。

3.1 A型曲线

在山间河谷冲积洪积型盆地见A型曲线(图1A)。曲线首支平稳,阻值高低不一,数值范围10～200Ω·m不等。曲线尾支呈近45°上升。浅部电阻率值在10～20Ω·m左右的地段,测点位置靠近沟谷或者湖泊附近,地层为残积物或者坡积物和泥岩互层,湿度大但含水性和渗透性较差。曲线中部电阻率值略高于浅部,一般为泥岩或者风化砂岩,曲线尾支抬升,为高阻基岩－灰岩反映。

3.2 H型曲线

H型曲线断面上电阻率随着深部增加有“高－低－高”特点(图1B),曲线首支为浅表电性反映,一般为松散粘土层、风化土层。曲线中间低阻部分电阻率值变化较大,70～300Ω·m不等,低阻层埋藏深度较浅,11～30m左右,曲线尾支呈近45°抬升,为高阻基岩反映。第二层如呈现低电阻率阻特征并伴随衰减度、半衰时参数升高的,认为该层一般情况下为含水地层,如宣威落水镇火石村,低阻层埋深10～15m左右,为砂质板岩,村外见民采煤坑并有出水面,认为该层含水,水质矿化度较高。有的评价区地表为第四系坡积物,下层为玄武岩,在界面附近也存少量水层,在电阻率曲线上也为H型曲线特征。

3.3 D型曲线

在宣威市龙场镇五里村正在施工的一口钻孔孔旁测深反映为D型曲线。曲线首支300～400Ω·m左右,下层电阻率120Ω·m。钻孔岩芯为松散残积物,在30m深度以下电阻率曲线平稳,为下部风化砂岩反映。钻孔深度50m,无含水显示。

3.4 K型曲线

K型曲线在断面上有电阻率值随着深度有“低－高－低”变化的特点。宣威市宝山镇浅层为耕地,电阻率为70～80Ω·m,在20m～60m段电阻率值相对较高,阻值大于100Ω·m,在60m以下电阻率值又逐渐降低,深部电阻率值为60Ω·m左右。其它如衰减度和半衰时参数值较高,反映在高阻层下方的深部有含水显示。

3.5 Q型及QH型曲线

Q型曲线出现在会泽县会泽盆地边缘,QH型曲线出现在地下岩溶发育石灰窑村附近。石灰窑村地质调查发现,在村子南北两端均有灰岩出露,岩溶发育,评价区位于村外耕地中。根据曲线特征分析地表0～15m左右为松散红土层,由于长期没有雨水补充,电阻率值较高,达到600～700Ω·m;15～40m为裂隙较为发育灰岩或者泥质页岩,电阻率值为500Ω·m左右,45m以下为岩溶发育段,电阻率值为200～300Ω·m。会泽盆地边缘测深地表到地下深部电阻率值均相对较低,浅表为耕地,浅井揭示地表0～12m为坡积残积物,10m附近有一层浅表水,电阻率平均为100Ω·m左右。地下12～60m段电阻率相对平稳,电阻率值为50Ω·m左右,推断为泥岩,隔水性好,100m以下电阻率为20Ω·m左右,衰减度和半衰时参数升高,分析为盆地边缘,具一定含水性。

4 含水地层和不含水地层电阻率测深成果对比

4.1 宣威市热水镇中村电阻率测深

工作区位于热水镇东北边,属山区,地势南北高中间低,河床谷地呈南西走向,地势平坦。钻孔位置部署在河谷开阔地带耕地之中,地表为红土层覆盖。

孔旁激电测深资料显示,视电阻率ρs值随着供电极距AB/2增加而逐渐升高,曲线类型属A型。浅表视电阻率值为100Ω·m左右,在AB/2＝200m～300m段ρs值大于1000Ω·m以上。充电率Ms值整体平稳,只在AB/2=30m～40m段向上隆起,数值较高(Ms=1.6%),在小极距和大极距两端均较低;衰减度D数值上整体小于0.4(最大为0.32,大多小于0.3%);半衰时TH值小于1S。

激电参数特点:ρs值从浅表100Ω·m开始单边上升,综合参数Ms、TH、D由浅～深曲线平稳,数值上变化较小。一维反演结果显示,0～20m电阻率值最低,值为300Ω·m,为松散粘土层,20～40m段电阻率值较高,为600Ω·m左右,为泥灰岩,40m以下电阻率值大于2000Ω·m,为高阻灰岩基底。钻孔资料显示,孔深41m见灰岩,未见水。岩芯有裂隙发育。

4.2 曲靖市石灰窑村电阻率测深和核磁共振成果

评价区位于石灰窑村外耕地,地表出露为红色粘土。

该评价区投入电阻率测深和核磁共振两种勘查方法,目的也是对同一地区不同勘探方法结果进行相互验证。电阻率测深曲线表明,在0～10m浅表视电阻率ρs值较高,约为700～800Ω·m,随后随着深度增加而降低,在AB/2＝120m～150m段达到最低,为240Ω·m。曲线形态上,ρs曲线随着深度增加而降低,在供电极距AB/2＞150m后抬升,曲线类型为QH类型。充电率Ms在AB/2＝10m以后逐渐升高,最高值达3.2%。另外,自然电场SP值随观测极距变化波动较大。

电阻率一维反演结果反映,在地表下40m深度范围内电阻率值较高,值范围在500～700Ω·m之间。按照反演拟合结果可细分三个电性层,在深度42m以下存在低电阻率层,计算电阻率值为60.8Ω·m,认为是含水层显示。进一步核磁共振勘查结果表明,在44m以下有含水层显示,含水量达到1.67%,且渗透性很好,具有较高开采价值。

5 结语

5.1 测深曲线为A型的评价区,下部高阻基底一般为灰岩,岩溶裂隙不十分发育,分布在山梁谷地或者河道地段,一般不具备可采水源

测深曲线为H型的评价地段,往往因为深部高阻基底～灰岩裂隙和岩溶不发育而构成隔水层,在地表水补充充分季节,第二层低阻岩性具一定含水性,但在干旱季节因不能得到补充而含水量剧减,不能作为保障性水源地使用。D型曲线评价区应结合地质调查确定下伏地层的岩性,风化泥质砂岩具较低电性参数但含水性较差,若下伏地层为风化、裂隙较为发育的玄武岩地层则具一定含水性;曲线类型为Q型和QH型的地段是值得关注的评价区,其深部低阻层往往具一定规模,含水性较好。在渗透性较好的情况下,地下水开采具有较高的价值。

5.2 单一电阻率参数评价地下水依据不是十分充分

富含地下水的地段电阻率参数在该区不一定是最低的,如泥岩和坡积物互层地段,电阻率值为20Ω·m,但含水性差。对地下岩溶发育(不是裂隙含水的情况)区,且岩溶水又有一定径流方向时,结合剖面上自然电场变化,衰减度以及半衰时等参数,结合核磁共振等勘查成果综合评价,可适当降低打井风险。

参考文献

[1]王宇.红层地下水勘查开发的理论及方法[M].地质出版社,北京:2008.

[2] 中华人民共和国地质矿产行业标准 电阻率测深法技术规程(DZ/T0072-1993).

[3]傅良魁.电法勘探教程,1981.

[4]西安地质学院.水文地质物探方法[M].北京:地质出版社,1981.

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