综合物探技术在西北地区地下水勘查中的应用.pdf

综合物探技术在西北地区地下水勘查中的应用 武 毅 郭建强 曹福祥 朱庆俊 杨桂新 （中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所） 西北地区地域辽阔，地处内陆，气候干燥，降雨稀少，日蒸发量大，自然条 件十分恶劣；地下水资源的时空分布具有一定的复杂性，水资源问题是制约该地 区人民生活和社会经济发展的重要因素，正确评价与合理开发利用，是西北地区 地下水资源开发利用的关键问题。西北地区地下水类型复杂多变，根据地下水类 别、 含水层结构、 地下水补径排条件和水质特征等因素， 其地下水类型主要包括 松散岩类孔隙水包括黄土孔隙裂隙水含水岩组，河谷区冲积砂砾石孔隙水含水 岩组，山前倾斜平原和大型盆地冲洪积、冲湖积砂、砂砾石含水岩组，沙漠区冲 洪积、冲湖积粉细砂含水岩组、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、碎屑岩类孔隙裂隙水、 变质岩岩浆岩类裂隙水。对不同类型地下水，其相应的物探勘查技术手段也有所 不同。 根据不同类型地下水的水文地质特征及其地球物理特征，各种物探方法 有效组合，综合使用，才能取得勘查技术工作的良好效果，也是西北地区地下水 资源勘查的有效手段。 1 . 主要物探技术 随着科学技术的发展，地学仪器也在不断的进步。一些新的物探技术相应的 产生。如音频大地电磁测深法、瞬变电磁法、高密度电阻率法、浅层地震反射 法、 核磁共振法。 同时常规的物探技术在地下水勘查中还发挥着重要的作用。 如 直流电阻率法、 激电测深法、 音频大地电场法、 甚低频电磁法及α杯放射性法等。 下面就物探新技术和常规物探技术分别作一简介 1 . 1 物探新技术、新方法 1 . 1 . 1 音频大地电磁测深法（EH- 4 电导率成像系统） EH- 4 电导率成像系统是磁偶源天然场与部分可控源相结合的频率域测深系 统，即可进行天然场法测量又可进行部分人工场法测量，人工发射源可弥补信号 较弱的天然场来完成整个工作的频段测量。设备轻便、操作简单系统接收频点多 达 60 个左右，反映该系统具有较高的纵向分辨率。 EH- 4 电导率成像法主要是通过观测地层电性参数在纵向及横向上的变化特 征，来确定地层岩性结构、岩溶发育带或岩石破碎位置以及预测地下水水质的变 化规律，是一种先进的频率域电磁法勘查技术，代表当今国际上电磁法勘查技术 的发展趋势，其主要特点是探测深度大，分辨率高；不足之处存在静态和近场 影响。 1.1.2 瞬变电磁测深法 瞬变电磁法探测深度的大小取决于激励电流和发射线框边长。TEMS- 3S 瞬 变电磁测深系统的激励电流可达 100200A，激励场源采用单脉冲激励，由富里 衰变换可知其具有较宽频带且低频成分丰富， 说明该系统具有大的勘查深度及较 高的分辨率；且具有穿透高阻层的特点，适合西北地区山区地下水的勘查工作。 TEMS- 3S 瞬变电磁测深法属于时间域电磁法勘查技术，虽然用于地下水勘 查时间不长，但具有很大潜力。其特点是观测纯二次场，且不受地形影响，可以 弥补 EH- 4 电导率成像系统受静态和近场影响的不足。 1.1.3 高密度电阻率法 从 20 世纪 80 年代起国内外相继研制和开发了高密度电阻率探测系统， 该系 统包括数据采集和资料处理两部分。 现场测量时只需将全部电极设置在一定间隔 的测点上，测点密度远较常规电阻率法大，然后用多芯电缆将其连接到程控式多 路电极转换开关上，可根据需要自动进行电极装置形式、极距及测点的转换。测 量结果依次存入随机存储器，按给定的程序对原始资料进行处理。它可以获得三 种常用电极装置（温纳、偶极 偶极和微分）的视电阻率参数，绘制电阻率等值 线断面图以及不同极距的剖面图。当三种电极排列的测量结果作某种组合时，还 可获得视电阻率异常的几种比值断面图。 两种类型的断面图都以某种方式反映了 地电断面的结构和分布特征。 1.1.4 高分辨率浅层地震法 高分辨率浅层地震法是一种勘探地下精细地质构造的成熟技术，其以岩石弹 性性质为依据，通过分析检波器拾取的人工地震反射波信号，来获取地下构造形 态及岩性参数。选用高频、高能量震源激发地震波，小道距、小排列采集反射地 震波，提高其勘探深度、时间和空间分辨率。利用地震折射波法提取浅层低速带 速度信息校正反射波信号来削除地形起伏影响。此方法主要用于配合 EH- 4 电导 率成像系统准确划分地层岩性，判定断层倾向、倾角等参数，以弥补 EH- 4 刻画 深部构造精度的不足。但此方法成本相对较高，且测量繁琐。 1 . 1 . 5 核磁共振法 利用地面核磁共振技术找水是核磁共振技术在地学应用中的新领域，是目 前唯一的直接找水物探新方法，能有效地探测各种类型地层中含水层的位置、厚 度、含水量及平均孔隙度。其找水原理是利用核磁共振效应，这种效应是指具有 核子顺磁性的物质选择性地吸取电磁能量。 地层中丰度最高的顺磁性物质水中的 氢核在一定的频率交变电磁场激励下形成宏观磁矩，在地磁场中产生进动，其进 动频率为氢核所特有。在地面测量宏观磁矩进动产生的电磁信号。核磁共振理论 指出信号振幅与含水量有关，信号衰减时间与地层孔隙度大小有关，探测深度 与激发脉冲矩有关。 1 . 2 常规的物探技术 1 . 2 . 1 直流电阻率法 直流电阻率法作为一种传统的物探方法， 在地下水勘查工作中仍发挥着重要 的作用。一般可分为二种类型，一是剖面法，采用固定的电极距并使电极沿剖面 移动，这样便可观测到一定深度范围内视电阻率沿剖面的变化情况，从而研究地 电断面电性的横向变化；二是电测深法，它是在同一测点上逐点扩大电极距，观 测垂向上由浅到深的视电阻率的变化情况， 从而研究地表某点下方电性的垂向变 化。 1 . 2 . 2 激电测深法 激电测深法作为电法勘探的重要分支，由于不受地形起伏及围岩电阻率不均 匀的影响，且可充分利用其时间特性。目前，已广泛应用于找水。破碎含水岩石 属离子导电的体极化介质，其极化率、半衰时、综合参数与岩石含水情况密切相 关，含水层对应的极化率、半衰时、综合参数均有高值反应。 1 . 2 . 3 音频大地电场法 音频大地电场法是利用大地中天然电磁场， 频率在 1 0 3 0 K H z 范围内的电场 信息作为场源，利用专用的音频电场测量仪，在地面沿一定的剖面线，测量大地 电场的水平分量强度， 根据水平分量电场强度的变化情况分析研究观测剖面地下 地质体的电性变化情况， 并判断其相应的地质构造特点， 达到找水、 找矿之目的。 1 . 2 . 4 甚低频电磁法 甚低频电磁法是以世界范围内的一些国家中为了潜艇通讯导航而设立的强 功率长波电台所发射的频率为 1 5 2 5 K H z 连续电磁波为场源的一种勘测方法。 这 种方法属于被动场法。在远离电台的地区，可认为甚低频台发射的电磁波是平面 波， 垂直地面传播， 当地下存在一定规模的不均匀地质体时， 在一次场的作用下， 将激发出涡旋电流及相应的二次场，因而使均匀的一次场发生畸变，可用特制的 甚低频电磁仪观测出这种与二次场有关的畸变场的一些参数，如水平电场强度、 水平磁场强度、垂直磁场强度、磁极化椭圆倾角、相位角等等。依据各条剖面上 逐点所测得的有关参数，绘出曲线图。分析研究参数的变化特点就可推断解释出 有关地质构造情况，并判断是水或矿。由于这种方法所用电磁波频率较高，根据 趋肤效应，其穿透深度不大，一般最大深度约 5 0 6 0 m ，适用于探测埋深较浅的 裂隙发育带、溶洞、暗河及岩脉等。 1.2.5 放射性法α杯法 由于氡气沿构造从深部向地表运移，在构造近地表出口形成氡气晕，使该部 位与其围岩地表之间产生明显的放射性氡异常，α杯法对此异常反应灵敏，但只 能定性确定地质构造平面位置且工作效率低。 2 . 不同地下水类型勘查的物探技术的组合应用 2 . 1 地质－地球物理模型 2.1.1 构造裂隙水地质－地球物理模型 从地球物理角度出发，完整的岩体与其中存在构造时二者所反映的地球物理 参数明显不同。具体地讲，当岩体完整时，所反映的电阻率值较高该值决定于 岩性矿物成分；波速场在其界面处具有连续的波阻抗面；放射性浓度仅决定于 岩体本身的背景值。当岩体存在构造破碎时，所反映的电阻值变小，其值不仅受 岩性矿物成份的影响， 而且要受到构造破碎程度的影响， 也就是说， 孔隙度大小、 充填物性质泥、水及其孔隙水的矿化度大小都会引起电阻率值的变化；而地震 波波阻抗面在遇有断层构造时，将会产生中断、错动紊乱等现象；放射气体将会 沿断层通道从深部向上运移至断层近地表出口被土壤吸附，形成放射性浓度异 常，其值大小决定于运移通道的通畅、天气、气候等因素。岩性破碎程度越高， 岩溶裂隙越发育，运移速度越快，在近地表形成高值放射性浓度异常。其地质 地球物理模型见如下框图。 当受到外力 或内应力作用 2.1.2 孔隙水地质－地球物理模型 孔隙水一般多储存在粗颗粒岩性的孔隙中，如第四系的细砂、中砂、粗砂、 砂砾石，白垩系、侏罗系地层的砂岩等等。这类岩性的地层称之为含水层，而细 颗粒的岩性如粘土、亚砂土、泥岩等通常是不含水地层，称之为隔水地层。含 水层与隔水层由于其颗粒大小的差别导致其地球物理参数反映特征的不同， 一般 含水层其反映为高电性值，而隔水层反映为低电性值。但在广泛分布的咸水区， 由于地下水矿化度与电阻率值成反比关系，因此，在咸水区寻找淡水是以寻找高 阻层为主要目标。 2 . 2 西北地区不同类型地下水勘查的物探技术方法组合 2 . 2 . 1 沙漠、盐湖地区松散孔隙地下水勘查技术 这类地下水在西北分布面积较大，如塔里木盆地及沙漠边缘地带，腾格里沙 漠边缘，巴丹吉林沙漠以及罗布泊、柴达木盆地等地。物探工作所要解决的主要 问题是确定地下水的矿化度， 通过测定介质视电阻率并结合岩性孔隙度和地下水 温度可以较准确地计算地下水矿化度值。这类地区寻找浅部（1 0 0 m以上）地下 水可以采用常规电阻率测深法、激电测深法和核磁共振法组合进行综合勘查。但 在沙漠腹地和边缘水位较深地段，由于地表极度干燥，会造成无法供电的情况； 而在水位较浅地带则由于地表矿化度较高，电阻率偏低，导致供电电流过大，需 大功率供电设备，且测量电压信号偏小，附加误差增大，影响观测精度。该类地 区最有效的方法可采用电磁法如瞬变电磁法及 E H - 4电导率成像系统等勘查手 段，对地层的分辨能力高，灵活、轻便，具有较大的勘测深度等优点。 2 . 2 . 2 深埋型地下岩溶水勘查技术 目前主要在西北地区东部开展了一些工作。由于深埋的古生界碳酸盐岩中的 岩溶地下水主要受构造控制，分布极不均匀，所以，勘查这类地下水具有相当的 难度。 地面物探工作需要解决的问题是了解灰岩的埋深界面和构造破碎富水带的 准确位置。 常规的电阻率测深法在地形条件较好地段可以确定可溶岩界面埋深，但对深 部的构造则无能为力。地震法以连续追踪地层界面方式来确定断层构造，对层位 有较大错动的深部构造具有好的效果，而对深部的中小型构造 没有明显或大层 位错动的中小断层，但其找水意义较大 ，一般较难分辨。 目前，对解决上述两个问题，较理想的方法是音频大地电磁测深法。该法具 有大的勘探深度，采用 E M A P 连续测量工作，可获得较高的横向分辨能力。由于 该类地区地表电性分布较均匀，静态效应较弱， E H - 4 电导率成像系统能够反映 深部构造信息。另外瞬变电磁法对深部岩溶水异常有一定反映能力。因此，该类 地下水勘查的物探组合方法为以 E H - 4 电导率成像系统为主，瞬变电磁法、地 震法和α杯法为辅的技术手段，能够准确地确定断层位置和产状。 2 . 2 . 3 第三系白垩系碎屑岩类孔隙、裂隙水勘查技术 分布于鄂尔多斯、准噶尔盆地等地的砂岩，胶结较差，以半胶结为主，孔隙 度较小，含水层较稳定，其地下水矿化度变化较大。这类地区地下水勘查主要是 确定地下水矿化度和含水层的分布特征，并且要求勘探深度较大。 采用的物探方法手段有直流电测深法、音频大地电磁测深、地震法等。矿化 度的确定同松散孔隙水方法基本类同，以测定视电阻率为主，但要考虑胶结物成 份、泥质含量以及深度较大时温度的影响。直流电阻率法对地层的详细分层能力 较差，易受切割地形的不良影响。电磁法工作布设灵活，易于开展工作，且对地 层分辨率较高。用地震勘探对地层进行划分和岩性预测尚需进行试验和研究。 2 . 2 . 4 黄土裂隙孔隙水勘查技术 陇东和陕北的黄土地区，分布于黄土塬 梁、岗 的浅层黄土裂隙孔隙水对解 决人畜饮水具有十分重要意义。该类地下水一般埋深较小 小于 1 0 0 m ，用直流 电测深和激发极化法即可取得较好效果。此外，核磁共振法配合使用将会取得更 好效果。 2 . 2 . 5 基岩裂隙水勘查技术 基岩裂隙水主要分布于西北地区部分山区，基岩包括侏罗系、三叠系、二叠 系、奥陶系等，部分地区水质不良。对浅部构造裂隙水的勘探国内外有较成熟的 经验。国内目前主要应用方法有音频大地电场法，激发极化法。另外，还可以使 用α杯、甚低频等方法。主要任务是查明构造的确切位置，并分析其富水情况。 对隐伏基岩裂隙水的勘探，瞬变电磁法和音频大地电磁测深法 E H - 4等 ，可以 比较详细地了解构造发育情况。但频率域电磁法在山区受静态影响严重，瞬变电 磁法受地形和静态影响相对较小，将是山区寻找基岩裂隙水的有效手段。另外， 核磁共振法对富水性可以进行直接探测。 2 . 2 . 6 山前松散孔隙地下水勘查技术 河西走廊、天山山麓分布有巨厚的砾石含水层，水量丰富，水质好。目前开 发程度较高，物探工作主要了解地下水水位和含水岩层厚度变化情况，此类地区 工作不存在特殊问题，用直流电阻率法、地震、电磁法均可获取好的信息，但直 流电阻率法工作简便易行，目前较为常用。 3 . 西北地区地下水勘查综合物探技术应用实例 3 . 1 宁南山区岩溶水勘查实例 宁夏南部山区处于鄂尔多斯盆地西缘，位于中国东西部两个不同性质的地质 单元的衔接地带。在该区域，由震旦系、寒武系、奥陶系组成的宽约 3 0 k m的南 北向古脊梁两侧受基底断裂控制，地质构造分布不均且较复杂。根据前人资料该 区域地下赋水构造埋深较大,通常约 400- 600m。因此，宁南山区地下水的勘查目 标是深埋岩溶水，要求物探仪器设备具有较高的分辨率和大的勘探深度。另外， 宁南地区多为黄土丘陵区，黄土覆盖巨厚，沟谷纵横，切割严重，水位埋深大。 这种地貌的特殊性也决定着对地下水勘查技术的特殊要求。因此，单纯的一种或 两种物探勘查技术在该区域进行深层岩溶水的勘查都不会圆满地解决问题， 急需 各种物探技术发挥各自的特点，利用综合物探的技术优势，提高勘查结果的准确 性和可靠性。根据前人资料，工作区的地层情况是第四系岩性为干黄土层，下 伏第三系岩性不明。基岩为奥陶系的平凉组（岩性以砂岩为主）和马家沟组（岩 性为灰岩） 。在宁南山区的同心县下马关地区开展了综合物探方法技术勘查地下 水工作。结果见图 1。下面就各种方法勘查结果进行分析。 3.1.1 勘查结果分析 3.1.1.1 α杯、瞬变电磁法剖面特征 α杯剖面沿测线方向 560800m和 9201060m之间均有高值异常， 推断为断 层反映，其中 560800m 之间异常明显，幅值最高达 160230 脉冲/3 分钟，而 9201060m之间异常则较微弱， 这可能是因为覆盖层厚度加大， 埋深大造成异常 显示较弱。 瞬变电磁法各时间道高值异常位置与α杯测量结果显示完全一致。剖面 560710m之间异常显示不仅在时间上早约 1ms，而且幅值高，说明其埋深浅， 而且破碎程度较高， 另外， 从瞬变电磁视电阻率随深度变化的断面图也可以看出 剖面沿测线方向 560620m之间及 920m 左右，视电阻率等值线发生变化，推断 为断层反映，与α杯勘查结果一致，但反映的电阻率值较低，与之后的 E H - 4详 查结果有一定差异，这可能是由瞬变电磁测深系统误差所造成的。 3.1.1.2 EH- 4 视电阻率断面特征。地层结构特征下马关白家滩地区地层 按地下电性大致可划分为三个大层，50m 以上视电阻率大于 100Ωm，推测为 干燥黄土覆盖或冲积物，第二层 50m至 80160m 左右，视电阻率为 50Ωm左 右， 推测为略为潮湿的黄土层； 第三层 80160m以下， 视电阻率达 1001000Ω m， 推测为基岩地层。从 EH- 4 电阻率断面可将该层划为两个亚层80160m 至 250400m，视电阻率增幅较小、平缓，视电阻率值为 100300Ωm，推测其为 奥陶系砂岩；250400 m以下视电阻率梯度增大，视电阻率迅速增高，视电阻率 值达 1000Ωm以上，推测为奥陶系灰岩反映。 基岩构造特征从下伏基岩第三层的电阻率畸变特征可以看出，青龙山西侧 基岩向下马关盆地方向呈阶梯状下降，大致可分为两个阶梯，剖面沿测线方向 0800m为第一台阶，基岩埋深 100150m左右；剖面 8001200m 为第二台阶， 基岩埋深约 200 左右。其中第一台阶存在一个次级凹陷。 010020030040050060070080090010001100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 m m 方 位 285 EH- 4 电 阻 率 剖 面 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 F1 F 2 T T T m ms 515 575 635 695 755 815 875 935 995 1055 1115 1175 地 震 时 间 剖 面 2 1 3 F3 560 620 680 740 800 860 920 9801040 5 2 5 2 5 2 5 2 5 100 1000 10000 100000 1000000 0.3ms 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1ms 1.6ms 1.3ms 1.2ms 2ms 2.4ms 2.7ms 3ms m EuV 瞬 变 各 道 瞬 态 响 应 剖 面 图 560640720800880960 1040 0 50 100 150 200 250 m 脉 冲 / 3 分 钟 a杯 010020030040050060070080090010001100 -400 -300 -200 -100 0 m m 图 例 黄 土 夹 砂 砾 黄 土砂 岩灰 岩 推 断 断 层 F 1 F 2 F 3 F4 Q Q O O 地 质 断 面 图 depth 图 1 宁夏同心县下马关地区多种物探组合试验成果图 3.1.1.3 地震剖面特征。地震时间剖面上可划分出三个地震反射标准层，按 照从深到浅的顺序分别命名为 T1、T2和 T3反射波组。根据区域地质资料，T3反射 波组是基岩的反射，T2和 T1反射波组是基岩以下的地层岩性变化的反映。 T1、T2、T3反射波组反映出地层从西向东埋深逐渐变浅的趋势，三个反射波 组发生中断、错动的位置对应三条较大的断裂构造，分别命名为 F1、 F2和 F3断 层。其中 F1规模较大，断层面西倾，倾角为 7 4 。F2、F3断层规模较小。F2断层 为逆断层，断层面东倾，倾角为 5 8 ；F3断层为正断层，断层面西倾，倾角为 7 4 ；F2 、F3 、断层只错动 T2、T3反射波组，未向下延伸，推断 F2 、F3 、断层是次 级构造。 将 E H - 4 电阻率断面基岩电阻率畸变特征与地震剖面相结合，并参考α杯、瞬 变电磁结果，各推测断层特征归纳于下表。 表 1 下马关白家滩地区推测断层特征表 编号 性质 倾向 倾角 断距 F1 正断层 西 74 2099m F2 逆断层 东 58 1022m F3 正断层 西 75 F4 正断层 东 75 3 . 1 . 2 综合物探技术勘查结果的有效性分析 E H - 4 电导率成像法作为一种新的物探技术，在微观上更详细地、丰富地提供 了地质信息、对地层结构的划分、地质构造的确定更为准确，是地下水勘查中最 主要的一种先进手段，其勘查结果更为有效，效果更为明显。 高分辨浅层地震法是从不同岩性的波阻抗差异角度出发，进行地层岩性划 分、地质构造特征的确定。其勘查结果准确，并配合 E H - 4更为精确地确定了地 层结构、地质构造的产状 包括断层的倾向、倾角、性质 ，为精确确定孔位提供 了更为详细的资料。由于本次工作侧重于深部信息，第四纪基底界面与其他物探 结果存在较大的差异。 瞬变电磁测深法在本次工作区反映的各时间道信息辅助 E H - 4更准确地判定 地质构造的平面位置，弥补了 E H - 4电导率成像系统受静态影响的不足。放射性 α杯法对地质构造反映灵敏，结果准确可靠。 经过上述分析可知，EH- 4 电导率成像法、高分辨率浅震法、瞬变电磁法、 放射性法的组合应用于宁南深层岩溶水的勘查， 不同方法的地球物理参数从不同 角度所反映的地质信息， 地质构造基本一致， 实现了相互补充、 相互映证之目的。 基于勘查结果分析， 再结合工作点的水文地质条件认为 该地区第三系以下， 剖面位置 6001190m 左右，电阻率较低，岩石破碎程度高，构造较为发育。对 确定孔位来讲，以寻找主构造的次级构造为主，通常大规模的构造对地下水孔位 的确定无实际意义，而小型的次级构造对地下水的勘查更为有利。因此，该地区 地下水孔位应以 F3 次级构造为目标，在平面位置上应位于 620m 左右，孔深度 在 600m以内，在 450500m左右，预计可见断层构造。 经钻探该井成功出水且日出水量大于 3000m3， 是该区出水量最大的一口井， 也是该区域地下水勘查的一大突破，所揭露的地层与勘查结果推断结构基本吻 合，充分证实了上述四种方法组合可以作为宁南深层岩溶水勘查的一种有效、合 理的技术模式。 3.2 北京军区内蒙古某团地下水勘查实例 北京军区内蒙古某团驻地苏宏图地处苏宏图 巴音戈壁盆地的中心部位，第 四系覆盖厚度小，分布不均匀，白垩系碎屑岩沉积厚度巨大，颗粒较细，含水层 岩性泥质含量较高，孔隙度小，连续性差，地下水的径流条件较差，其孔隙裂隙 水矿化度普遍较高，不宜饮用。 苏宏图西北部地层为玄武岩与碎屑岩互层，由于燕山期火山喷发形成的玄武 岩孔隙、裂隙发育，加之玄武岩受构造运动影响强烈，形成了良好的地下水储存 场所。因而，地球物理勘查工作的任务首先是确定玄武岩区构造发育部位，寻找 玄武岩构造裂隙富水地段；其次，针对苏宏图地区地下水矿化度偏高的特点，利 用视电阻率进行地下水矿化度的评价。基于此，选用了四种物探手段频率域电 磁测深法（EH- 4 系统） 、α杯法、音频大地电场法和激电测深法进行综合勘查工 作。其依据为①玄武岩与破碎带之间电性差异明显，完整的玄武岩其电阻率值 较高； 当存在破碎带时， 电阻率值降低， 满足电磁法、 电阻率法勘探的物理前提。 ②地下水矿化度是该区影响视电阻率测量的主要因素之一，地下水矿化度越高， 视电阻率值就越低； 反之， 地下水矿化度越低， 视电阻率值就越大， 使利用 EH 4 勘测结果评价地下水矿化度成为可能。③破碎带存在放射性氡气高值异常，用放 射α杯法可以确定构造位置。④富水段具有高极化率、高半衰时特性，用激电测 深法可以判别富水情况。 根据上述分析，于距驻地 5 公里处的北西向断沟沟口进行了综合物探勘查工 作。其勘查结果见图 2。由图可见，音频大地电场曲线在 120m 呈低值反映，同 时α杯曲线呈现明显的高峰异常，其背景值约 40 脉冲/3 分钟，异常段高达 140 脉冲/3 分钟，最高达 347 脉冲/3 分钟。推断 120m 附近存在断层。VLF 电阻率 2352352 110100 800 1200 1600 2000 AB/2m 综 合 参 数 2352352 110100 700 750 800 850 900 950 AB/2m Stms ms 半 衰 时 2352352 110100 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 AB/2m s 视 极 化 率 2352352 110100 2 4 6 8 2 10 100 AB/2m O m s 视 电 阻 率 Sp 106.9 82.9 1.04 2.81 778 878 606 1854 020406080 100 120 140 160 180 0.2 0.4 0.6 0.8 1 020406080 100 120 140 160 180 0 50 100 150 200 020406080 100 120 140 160 180 500 1000 1500 2000 m 脉 冲 / 3 分 钟 α 杯 曲 线 m Vmv 音 频 曲 线 V L F 曲 线 m O m 347 950 1200 图 2 内蒙古某团驻地地下水综合物探勘查结果图 综合剖面图。在音频电场曲线的低值异常部位，VLF 电阻率也相应为一低阻破 碎显示，视电阻率背景值为 1400Ωm左右，异常部位视电阻率为 500Ωm左 右。此外，在剖面的西侧音频电场和α杯亦有一微弱异常相对应，推测为一小型 断裂所致。另从 EH 4 勘查剖面分析，在 120m 处存在一较陡的断层，其视电 阻率值与两侧差异较大，与音频大地电场及α杯异常相对应。剖面 150m以上视 电阻率值总体较大，推算该地段地下水矿化度应小于 1.5g/L；150m 以下，视电 阻率值较小，反映地下水水质变差。 上述异常点处的激发极化测深结果， 直流视电阻率最大值达 140Ω m， AB/2 ＝170m时，视电阻率值仍达 82.9Ωm，与 EH－4 勘测视电阻率值基本吻合，再 一次证明了该处地下水矿化度较低的推断。视极化率和综合参数随深度加大，数 值逐渐升高，以及半衰时绝对值普遍偏高，平均达 800ms。反映地下具有良好的 富水性。 根据以上综合物探勘测结果，最终孔位选在 EH－4 勘测剖面的 120m处，钻 探结果为孔深 105m，水量＞500m3/d，矿化度为 0.8g/L，勘查地下淡水的成功， 结束了当地民众长期以来饮用微咸水的历史。同时也表明EH－4 电导率成像 系统能提供高分辨率的电阻率图像，可较精细地评价地下水矿化度，对寻找苦咸 水分布区内的地下淡水是行之有效的；音频大地电场法、甚低频电场法以及α杯 法能快速、准确地确定构造断裂的平面位置；激点测深参数异常是判断地下水富 水性好坏的重要标志。 3.3 新疆罗布泊地下水勘查 新疆罗布泊地下水勘查工作区选择在罗布泊北葫芦坝地段。 区内地表为第四 系全新统洪积物。岩性主要是洪积的砂砾石、中粗砂以及亚砂土。地形平坦微有 EH－4 勘测剖面 斜坡，并伴有少量植被，基本有利于开展地震工作。兴地断裂在区内呈近东西向 走向是一左行压扭性断裂。断层面南倾，倾角 6 0 - 7 0 ，属于岩石圈断裂。沿 断裂带有元古代期，加里东期，华力西期岩浆侵入。该断裂对本区的地层、地貌 有一定的控制作用，并对地下水形成分布具有重要意义。本次采用了地震勘探及 核磁共振两种方法组合进行勘测。地震勘探工作的目的是查清兴地断裂的产状、 破碎带和断裂影响带的宽度。核磁共振的工作目的是为钻探部署提供依据。勘查 结果见图 3 。 地震时间剖面上均划分两个地震反射波组，命名为 T1波组和 T2波组。T1波 组的传播速度均为 1800m/s，T2波组的传播速度均为 1600m/s。T1波组以绿色表 示，T2波组以桔黄色表示。T1波组反映 100m左右深部基岩的情况，其连续性不 好，故不做重点解释。T2波组反映第四系底部以下新鲜基岩面的反射。 第一段剖面 T2波组的深度从北端的 1 5 m 渐变到南端的 2 2 m 。T1波组连续性很 020406080100120140160180200220240260280300320340360 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 m ms F T2 T1 基 岩 破 碎 带 罗 布 泊 北 葫 芦 坝 地 区 浅 层 地 震 剖 面 0246810 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 含 水 量 深 度 米 FromToWaterDecay mmtimems 0121.830 120100 2301000 34079 4501000 5601000 67.50.9158 7.5100.21000 1013.4364 13.417.92.9127 17.923.90.61000 23.931.90.81000 31.942.53.130 42.556.71.653 56.775.70.8391 75.71000.7811 葫 芦 坝 核 磁 共 振 勘 查 结 果 图 3 新疆罗布泊地下水综合物探勘查结果图 好，其深度为 3 0 m 左右。在 1 5 5 号－1 6 6 号 C D P 点之间出现中断现象，推断是破 碎的基岩。 第二段剖面是向南的延长线，与第一段剖面重复 3 炮，重复 7 个 C D P 点。T2 波组的深度从北端 2 0 4 号 C D P 点的 2 2 m 渐变到 1 1 0 号 C D P 点的 3 2 m ，再向南端终 点渐变到 1 9 m ，T1波组在距 2 0 4 号 C D P 点 9 0 m 至 3 3 0 m 范围显示破碎，T1波组的深 度在 4 0 m至 5 6 m内变化。根据地质考察 T1反射波组对应花岗岩的反射。在第 6 0 号 C D P 点即本线第七炮位置布置核磁共振勘测点 G H H 。此点附近地震反射相位增 多，显示了地层有一定含水性特征。 在地震勘探资料的基础上，布置核磁共振测点，图的左部是含水率随深度变 化直方图，右部是数据，其中第 1 、第 2 列数据分别为所分层的起止深度，第 3 列数据为各层所对应的含水率，第 4 列数据是相应的信号衰减时间。 图中显示 G H H含水层较连续。0 - 1 m含水率为 2 1 . 8 ％明显偏高，确定为干扰 所致。 主要含水层位于 1 0 - 1 7 m 和 3 1 . 9 －5 6 . 7 m 范围。 其余各层除 1 - 6 m 不含水外， 都有含水反映，只是含水率相对略低，仍有开采价值。钻孔深度宜为 1 0 0 m或略 深。 经钻探证实，1 2 m 以上岩性为第四系亚砂土、砂砾石；1 2 4 2 m ，基岩破碎、 裂隙发育，为主要含水层。4 2 m 以下为完整的基岩。实际情况与物探推断结果有 很好的一致性。 4 . 结论 4.1 经各种物探技术及西北地区地下水地球物理勘查的特点分析，并经实际 钻孔验证，西北地区地下水的地球物理勘查采用综合手段是非常有效的一种手 段，其准确性和可靠性都有所提高，能取得令人满意的结果。 4.2 西北地区地下水的地球物理勘查要根据不同的含水类型和特点选取合理 有效的物探技术及其组合，才能很好的解决有关的地质问题。