南方国土资源杂志灵寿县土地整治项目中综合物探找水浅析

发布时间：2015-04-09 15:07:43更新时间：2015-04-09 15:08:29 1

　　[摘要]结合物探找水案例，在简要介绍项目概况与水文地质概况的基础上，该文阐述了在复杂地质条件下本次物探找水选用的方法与工作思路;针对老变质岩区、大理岩区、松散岩区与隐伏断层等赋水性的探查，分别开展了电测深法、十字测深法与激电测深法等物探手段。通过典型勘测案例分析，作者对不同物探方法的电性特征与勘测效果分别进行了简要分析，分类别简要归纳了本区找水总结，并浅谈了工作体会。

　　[关键词]南方国土资源杂志,土地整治,水文地质调查,物探找水,赋水性

　　1前言

　　灵寿县地处石家庄市的西北部，西依太行，东临平原，紧邻市区。本次灵寿县土地整治项目区主要包括一期的北谭庄乡、青同镇、南寨乡、塔上、三圣院与二期的陈庄、寨头、燕川、狗台、慈峪等乡镇的七十多个自然村，工作区地貌属低山、丘陵与山前平原区，地势上西北高东南低。

　　在本土地整治项目中，灌溉水源是项目成败的基础，更是灵魂与保障。由于上游水坝截留、采矿抽排等因素制约，本区内的慈河早已成季节性河流;而本区内大面积区域第四系覆盖层较薄，松散层孔隙水贫乏;下伏基岩多为老变质岩、片麻岩等，赋水性差。地下水源的探查成了本次土地整治项目的重头戏。

　　本区土地整治面积较大，地质条件复杂，设计井位近千眼，要求单井出水量不小于40m3/h并尽量均匀分布。针对本项目的特点，本次找水工作由水文地质与物探专业人员组成了综合调查勘测组，联合开展外业工作。

　　本次水文物探工作的目的比较单纯就是找水，但任务量大、工期紧;而测区面积大、地质条件复杂、水文地质类型多样是本次水文物探工作的特点也是难点，所以遇到的各种水文地质问题复杂多样。鉴于此，作者特对本次工作遇到的各类水文地质问题及其电性特征做了简要归类分析与总结，以备同仁间交流与借鉴。

　　2区域地质与水文地质概况

　　2.1区域地质概况

　　在本工作区及其周边，低山丘陵区广泛出露中晚太古界的元坊岩组与湾子岩组的深度变质岩、孔家庄与刘家村组的花岗片麻岩、以及古元古界的林山组与青同组的浅变质岩等地层。

　　随着荒山的开垦，缓丘区多为薄层(1～5m)粘性土所覆盖，偶见基岩露头;山前平原区，第四系覆盖层厚度约为20～40m，下伏基岩岩性与构造不明。

　　本区内，已查明构造以北东向褶皱为主，各时代地层整体呈现北东向展布，复式褶皱发育;并有阜平期、湾子期、吕梁期等多期次的韧性变形带呈北东向展布;同时北北西向、北东向、南北向断层发育。

　　2.2地下水类型

　　本区地下水类型主要包括：浅部的松散岩类孔隙水与下伏的基岩裂隙水，其中基岩裂隙水分为风化裂隙水、溶蚀裂隙水与构造裂隙水。

　　①松散岩类孔隙水

　　本区内第四系冲洪积地层主要为：亚砂土、亚粘土夹砂卵砾层，主要分布于山前边缘的冲洪积扇与山前平原地带;丰水季节含孔隙水，大部分季节地下水位严重下降或者干枯;河道附近砂卵砾层孔隙水相对富集。

　　②基岩裂隙水

　　在本区内，风化裂隙水主要赋存于变质岩顶板的风化壳内，水量较小;大理岩发育区溶蚀裂隙水赋存较集中而相对丰富。本区内构造虽发育，但多为贫水构造、阻水构造，赋水性、导水性一般较差，构造裂隙水多呈带状分布[1-2]。

　　2.3地下水的补给与排泄形式

　　工作区的地下水的补给来源主要是大气降水、河渠补给、农田灌溉回归和山区侧向补给。排泄方式主要是人工开采，其次是侧向流出。由于大量开采(人工排泄)，可能导致部分地区水位下降显著。

　　3工作方法

　　3.1方法的选择

　　该区地层岩性复杂，构造行迹多变，富水特征不明;而该区移动信号发射塔、变电站等设施与农用电网及高压输送电线路等人文地电干扰较大，限制了电磁法类等物探手段的应用。

　　在综合考虑当地复杂的水文地质条件，及设计成井深度、地面人文干扰程度、物探方法的可行性等情况，本次找水工作采用水文地质调查与综合物探相结合联合开展外业勘测工作。

　　物探以抗干扰能力较强的直流电测深法为主要勘测手段开展全区初勘工作，选取AB/2=3～300m。针对局部区域的特殊性或具体情况，以测氡法、十字电测深法、三极电测深法与激电测深法[3-6]作补充，以便综合分析确定相对富水区，含水层埋深与井深，估计出水量。

　　3.2工作思路

　　针对不同的地质条件、不同的地形地貌、不同的干扰因素与不同物探方法的适用性，现场灵活机动地选择、调整探测手段[7]。

　　①基岩区与薄层第四系亚粘土覆盖区

　　首先，针对基岩区或基岩露头开展地质调查，对地形、地貌、地层、地质构造、水文地质特征等进行调查;对照1：5万地质图，核对露头地层岩性、构造，圈定重点靶区，如断层、太古代变质岩区的大理岩夹层、古远古代的以透闪大理岩与蛇纹石白云石大理岩为代表的大理岩地层等。有的放矢的选择物探测区，开展物探测试。

　　其次，在设计井位附近开展电测深单点测试或大点距剖面，凭借电测深曲线类型特征初步分析排查基岩赋水情况，识别相对富水层位。

　　再者，在片麻岩或老变质岩区，探测风化层相对富水区推荐浅井或大口井;在断层等构造发育或大理岩溶蚀发育区，通过物探手段查找中深富水层位，推荐中深井井位。

　　②第四系覆盖区

　　首先走访调查已知井的井深、出水量、水位、揭示的地层岩性、出水层位等情况，并针对已知井开展电测深井旁测深，与调查资料对比分析，初步掌握、推测小区域内地层情况、出水层位、出水量等。

　　其次，以已知井的井旁测深曲线为参照，针对设计井位开展电测深单点测试或小工作量的测线勘测，初步了解地层情况、赋水层位等情况;初步排查不利区域，圈定富水靶区。　　再次，在富水靶区，有针对性的开展物探勘测，初步查明或推测相对富水地区、相对富水点的土石界线、第四系富水层、相对富水的基岩岩性或富水带等，择优推荐井位。

　　③凭借多种物探手段分期、分批次的开展工作，通过水文地质与物探的综合对比分析、筛选，分批次地择优推荐井位;并根据揭示地层岩性、成井后出水量等情况，再次补充物探方法后择优推荐井位。

　　4典型案例的分析

　　4.1大理岩富水区的探查

　　在南寨、青铜周边，地势相对平缓，局部呈带状缓丘。现有井多为浅井，水量较小或多已干枯。近年来偶有个人投资打井，成井深度多在120m左右，有基岩揭露;有出水好的，也曾有干眼的;但整体上井位少、出水量差，难于满足农业灌溉需求。

　　通过本次物探工作，发现本区电测深曲线类型多为QHA或KHA，曲线后支斜率一般较陡，甚至大于45°。推测第四系以粉黏夹砂为主，赋水层较薄、埋深较浅，或无明显的�逅�层;下伏基岩多为大理岩，埋深多在25～50m。

　　通过对比分析，筛选了曲线后支斜率较小的测点作为推荐井位，推测下伏基岩裂隙发育且相对富水，推荐井深多在80～150m。

　　经分批次、多井钻探验证，推荐井位钻遇下伏基岩为大理岩，部分井钻遇大理岩与老变质岩;大理岩层位溶蚀裂隙发育，赋水性好，成井率达98%，单井出水量多大于60m3/h。

　　4.2富水溶洞的探查与识别

　　在杨朱乐、韩朱乐、白朱乐村周边，现有井多为浅井，因连年水位下降多已干枯，或因出水量较小而灌溉时断流。

　　通过本次系统性探测，发现本区电测深曲线类型多为HA、QHA、KHA型;推荐井深多在120～180m，基岩埋深多在20～35m;各推荐井位出水良好，成井率达100%。

　　在局部勘测中发现，电测深曲线后支上升段出现“小KH型”拐点，即对应基岩段有明显的 “薄层”低阻反映，且呈带状分布，推测为溶洞发育或构造裂隙富水，推荐了井位;经钻探验证，50m下方见溶洞，出水量好。经探测追踪，发现该区溶洞发育;但溶洞局部有红粘土充填现象，如BZL-3成井后出水量大但红色混浊。

　　在下邵村东、青铜北等地同样钻遇溶洞，水量大并出现了出水浑浊、或停泵后有淤埋泵的现象。

　　4.3岩性接触带赋水性探查

　　在北白石村，耕地多为缓丘，地下水匮乏，农民靠天吃饭。经过地面调查，偶见大理岩露头，而在露头的南北两侧经已有坑槽揭示均为老变质岩。经大范围调查与分析，该处应为北东向向斜，轴心为大理岩。

　　通过物探勘测，初步查明了大理岩底板埋深，推测有富水迹象。经BBS-28等多点钻探验证，大理岩底板附近溶蚀发育，相对富水。经成井后抽水，虽未达到设计水量(50m3/h)，但打破本区无井的记录，后成井多眼，受到了当地政府与村民的好评。

　　同样，在南白石、西青同、东青铜等地发现多处岩性接触带富水情况，富水层多为大理岩与老变质岩接触带，即大理岩底板附近溶蚀裂隙发育，而下伏的老变质岩成为良好的阻水层。

　　4.4老变质岩区断层富水带的探查

　　北寨乡的程家庄至南羊沟一带，处于丘陵地带，地表为薄层黄土覆盖，下伏基岩为元坊组以黑云斜长变粒岩、黑云二长变粒岩为主的老变质岩。全村基本上是家家有井，但井井仅够维持人畜饮水，无灌溉水源;该区为重要的云母产地、加工地，因严重缺水环境问题严重。

　　通过调查，发现了断层迹象并有钾长片麻岩岩体出露，通过物探测试并追索到断层位置与产状，本区电测深曲线类型多为HA型，而在断层带处曲线后支呈现局部缓倾或平台状，推断为破碎带富水。

　　在靠近云母生产区的CJZ-33等测点推荐了井位，经钻探验证，下3�急昧�续抽排不断流，解决了当地生产、灌溉与生活用水问题。

　　4.5利用十字测深法对隐伏断层富水带的探查

　　在基岩区找水，查找隐伏断层与破碎带是间接找水的途径，也是找水的重点;而隐伏断层与破碎带多因位置不明确、产状与性质不清等原因，需凭借多种物探手段查找与推测。在识别隐伏断层的走向与富水性时，十字测深法效果较佳。

　　在韩洼村某已有井(成井深度100m)做井旁电测深时，发现该曲线后支近45°上升，在成井深度内岩层富水的电性特征不明显而出水量相对较好;后调整放线方向测试发现，AB/2=80m以后十字测深的两曲线明显背离，与出水层位对应较好。

　　在西青同村某测点处，前人曾多次测试而一直犹豫不决未成井，经十字测试后发现AB/2=100m以后两曲线明显背离，经钻探验证，下4�急昧�续抽排不断流，证明出水效果好。

　　通过同点十字电测深曲线对比，可知差异段即为富水段，且差值越大该层位富水的可能性越强;电性整体偏低的曲线对应的布极方向与导水的破碎带的走向相接近。

　　4.6利用激电测深法对富水带的探测

　　在有些测区，因地表第四系覆盖，缺乏构造、地层资料，或者已知井位缺乏或水量不理想，单单凭借电法的电阻率曲线特征推荐井位风险较大;或者电阻率特征不明显，难于推荐井位。而这时若场地适宜，在重点区布设少量的激电测深点进行对比分析，可能会有意想不到的探测效果。

　　从调查发现，在中山水泥厂南侧已有两处干眼，通过本人探测发现，从单纯的电阻率曲线特征分析，富水特征不明显。通过激电测深在采集视电阻率参数的同时分别采集了极化率、半衰时与衰减度，参考激电参数分别在ZS1-9与ZS4-1推荐了井位。经钻探成井，证实ZS1-9点中浅部富水而ZS4-1点中深部富水。

　　在ZS4-1推荐井位点，通过十字测深与旁测点的观测发现：旁测点的衰减度富水特征不明显，十字点AB/2=80m以后视电阻率两曲线背离但不太明显，而东西放线的视电阻率偏低的同时衰减度明显较高，达到0.3以上。

　　5本区找水总结　　在该区的慈河及其古河道砂卵砾石层地段、大理岩溶蚀裂隙层位、或断层等构造裂隙发育带，均发现了具备满足大于40m3/h农业抽水灌溉需求的理想井位。经初步统计，总体成井率大于90%，得到了地方政府与村民的好评;而应个别村委会要求，在村庄周边出水量不到30m3/h的推荐井位是为照顾人畜饮水而定的。在此，对工作区赋水性归类如下：

　　①以老变质岩、片麻岩为代表的相对贫水区

　　在南营、塔上与谭庄等乡镇，除河床、河漫滩第四系砂卵砾石层相对富水外，在本区的绝大部分老变质岩区、片麻岩区未发现达到灌溉要求的区域性的富水区或富水地层。即使在物探查明的局部相对富水地层或构造带处，水量多在10～30m3/h间，单井出水量难于满足40～50m3/h的农业灌溉的需求。

　　在该工作区的绝大部分丘陵地带，覆盖层较薄，基岩层位多为贫水地层。风化裂隙水主要赋存于老变质岩、片麻岩的顶板风化壳内，赋存面积大而厚度薄、水量小。

　　本区内构造虽发育，但为多期地壳运动而造就的断层、韧性变形带等，多为贫水构造、阻水构造，赋水性、导水性一般较差。

　　②以大理岩裂隙发育带为代表的基岩富水区

　　在南寨乡与青同镇等乡镇，以大理岩为代表的基岩区是本区域内理想的富水地层与富水区域。

　　大理岩发育区富水溶蚀裂隙多呈层状或带状分布，裂隙水赋存相对集中而丰富。如：东西青同至南北贾良一带、杨朱乐至院同一带等区片，大理岩溶蚀裂隙、溶洞发育，为大理岩溶蚀裂隙发育带或构造裂隙发育带。定井率较高、成井率98%以上。

　　③以慈河冲洪积层为代表的松散层富水带

　　第四系砂卵砾石层相对富水区主要分布在慈河两岸及其古河道、季节性支流河床两侧。由于第四系砂卵砾石富水导水、河道两侧丘陵山地的风化层裂隙水向河道第四系与风化带侧向补给而富集，所以慈河两侧及其古河道等多具备导水、富水条件。

　　在北谭庄--中霍营的慈河两岸、秋山―北寨--院同村东侧等区片，第四系砂卵砾石层发育，赋水性好。通过物探探测、对比分析，推荐井位成井后水量均大于60m3/h，具备满足40-50m3/h的抽水灌溉需求的理想井位。

　　6工作体会

　　①物探与水文地质调查的结合，是本次地下水勘查行之有效的手段，也是本次大范围、大工作量、高成井率的技术保证;同时，发挥了电测深法快速高效、富水特征易于识别与圈定的优势;而结合水文地质特征判定富水区，弥补物探方法多解性，有效地提高成井率。

　　②在调查区内的大部分区域，以黑云斜长变粒岩、黑云二长变粒岩、白云钾长片麻岩、二长变粒岩为代表的古老变质岩系广泛发育，并有多条多时期韧性剪切带北东向平行发育。老变质岩经过长期、多阶段构造运动、韧性剪切作用而似层状节理发育、硬度较差的自身物性特点决定了风化层中导水的张性裂隙不发育，所以赋水性、导水性差。

　　③通过本次现场勘测工作，发现大面积丘陵区以黄土、亚粘土为主的第四系覆盖层较薄，厚度多2-5m;下伏基岩多为太古界的老变质岩或片麻岩地层，该套地层变质程度较高、表层风化严重，多呈土状;强风化层厚度多为10-25m，含薄层、少量风化裂隙水，即在当地呈现了“家家有井”而却没水灌溉的怪象。

　　④调查区内青同镇、南寨乡一带，以透闪大理岩、蛇纹石白云石大理岩、石英大理岩等青铜组二段(Pt1q2)地层发育。大理岩性脆，张性构造裂隙发育;自身物性条件决定了溶蚀裂隙与溶洞发育，为地下水富集与导排提供了便利。所以本区的大理岩溶蚀裂隙水与构造裂隙水相对富集，且多呈带状、层状分布，是本区主要的富水层。

　　⑤在工作区的山前平原地带，下伏大理岩溶蚀裂隙发育，赋水条件相对较好，而成井时可取第四系孔隙水与基岩裂隙水的混合水，单井出水量多大于60m3/h。但在溶洞附近推荐井位时，应考虑打井方需求，为保证水质应尽可能避开溶洞或溶洞底部。

　　⑥在大理岩出露区或浅埋区，局部存在老变质岩天窗，是水文物探定井时应回避或慎重考虑的区域。如在马家庄村南约200m附近东西冲沟处见千枚岩露头，本村中南部大部分区域下伏基岩为老变质岩;同行中在南寨村内钻遇老变质岩;本次在院同村南揭示有千枚岩、变粒岩等，均为贫水地层，为成井时应回避的区域。

　　7另外说明

　　由于本次水文物探工作仅以推荐井位为目的，成井过程中的钻遇地层、成井后的出水情况等资料为收集、回访等所得，部分井未做正规的抽水试验，文中提到的单井出水量多为简易抽水试验的估算值。

　　由于大量集中开采，可能导致区域性水位下降，已建议相关部门及时开展地下水资源评价工作，以免涸泽而渔。

　　针对深变质岩区面积性系统勘测，依靠有力的证据，排除了区域性成井灌溉的可能性而重点放在了改善人畜饮用水的勘测上，避免了人财物的浪费。

　　参考文献

　　[1]刘正峰.水文地质手册.银声音像出版社，2010.

　　[2]陈望和.河北地下水.地震出版社，1999.

　　[3]李金铭.地电场与电法勘探.地质出版社，2005.

　　[4]刘国兴.电法勘探原理与方法[M].地质出版社，2005.

　　[5]郭建强.地质灾害勘查地球物理技术手册.地质出版社，2003.