E-mail Alert Rss
 

物探与化探, 2021, 45(4): 869-881 doi: 10.11720/wtyht.2021.0068

地质调查·资源勘查

包头市固阳县矿集区高密度电阻率法找水定井实例分析

王文杰,, 郝一, 薄海军, 王海龙, 徐浩清, 李永利, 毛磊, 刘永新, 袁帅,

中国地质调查局 呼和浩特自然资源综合调查中心,内蒙古 呼和浩特 010010

A case analysis of multielectrode resistivity method for determining a well location in groundwater prospecting in the ore concentration area of Guyang County, Baotou City

WANG Wen-Jie,, HAO Yi, BO Hai-Jun, WANG Hai-Long, XU Hao-Qing, LI Yong-Li, MAO Lei, Liu Yong-Xin, YUAN Shuai,

Hohhot Natural Resources Comprehensive Survey Center,China Geological Survey ,Hohhot 010010,China

通讯作者: 袁帅(1991-),男,山西祁县人,本科学历,主要从事基础地质与矿山生态环境研究工作。Email:YUANSHUAIcugb@163.com

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2021-02-5   修回日期: 2021-04-28  

基金资助: 中国地质调查局项目“包头市九原区—达茂旗矿集区生态修复支撑调查”.  DD20208077

Received: 2021-02-5   Revised: 2021-04-28  

作者简介 About authors

王文杰(1992-),男,内蒙古丰镇人,硕士研究生,主要从事综合地球物理勘查与数据处理解释研究工作。Email: Wangwenjie_cugb@163.com

摘要

为查明包头市固阳县矿集区的地层结构以及地下水污染情况,需在矿集区内典型矿山周边开展水文地质钻探工作。本文针对不同找水目标类型,应用高密度电阻率法测量技术,兼顾不同测量装置类型在分辨率、信噪比的优势,选用不同装置类型对矿集区内文圪气铁矿南选矿厂、鸿昌选厂、上十二份子金矿3个典型矿区周边含水地层的电性结构特征及成井模式规律进行了研究分析。研究表明,通过综合分析研究区的水文地质情况,选用不同高密度电法测量装置开展水资源调查是一种有效的技术方法,能够做到有的放矢,减少反演解释过程的多解性,提高了应用单一地球物理方法寻找地下水资源的效率,可为包头市固阳县矿集区找水定井提供技术依据。

关键词： 高密度电阻率法 ; 矿集区 ; 视电阻率 ; 找水定井

Abstract

In order to find out the stratigraphic structure and groundwater pollution in the ore concentration area of Guyang County, Baotou City, it is necessary to carry out hydrogeological drilling around typical mines in the ore concentration area. In this paper, according to different types of groundwater-finding targets and the advantages of different measuring devices in resolution and signal-to-noise ratio, the multielectrode resistivity method was employed to study and analyze the electrical structure characteristics and well forming pattern of groundwater around south concentrator of Wengeqi iron deposit, Hongchang concentrator and Shangshierfenzi gold deposit. The result shows that comprehensive analysis of the hydrogeological conditions of the study area and utilization of different arrays of multielectrode resistivity method seem to be effective technical means for carrying out water resources investigation, which can achieve the target, reduce the multi-solution of geophysical inversion and interpretation, greatly improve the efficiency of searching for groundwater resources by using single geophysical method and provide a technical basis for water exploration and well determination in the ore concentration area of Guyang County, Baotou City.

Keywords： multielectrode resistivity method ; ore concentration area ; apparent resistivity ; water exploration and well determination

PDF (6772KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

王文杰, 郝一, 薄海军, 王海龙, 徐浩清, 李永利, 毛磊, 刘永新, 袁帅. 包头市固阳县矿集区高密度电阻率法找水定井实例分析. 物探与化探[J], 2021, 45(4): 869-881 doi:10.11720/wtyht.2021.0068

WANG Wen-Jie, HAO Yi, BO Hai-Jun, WANG Hai-Long, XU Hao-Qing, LI Yong-Li, MAO Lei, Liu Yong-Xin, YUAN Shuai. A case analysis of multielectrode resistivity method for determining a well location in groundwater prospecting in the ore concentration area of Guyang County, Baotou City. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2021, 45(4): 869-881 doi:10.11720/wtyht.2021.0068

0 引言

包头市固阳县位于内蒙古自治区包头市北部,矿产资源丰富,地质条件优越,是金、铁多金属等矿种的主产区,受工业发展及矿产资源开采利用影响,矿集区内土壤及矿山周边地下水污染相对严重,一定程度上造成了水质性缺水,已成为制约全县经济发展和人民生存的一大瓶颈。

本文依托于“包头市九原区—达茂旗矿集区生态修复支撑调查”项目,该项目采用地面调查、地球物理勘探、水文地质钻探、水文地质试验,取样分析等工作手段,根据矿集区矿产类型及可能产生地下水污染区域,重点对固阳县矿集区内典型的矿山、选厂附近地下水分布、污染情况进行研究,其中高密度电法测量是项目任务的一部分。其工作目的:查清调查区的地层层序、岩性、含水层位置、富水程度,查清隐伏储水构造展布方向、富水部位,为钻孔位置的确定提供地球物理依据。

高密度电法作为一种有效的地球物理勘探方法,具有施工效率高、成果解释方便等特点,在地下水资源调查方面应用广泛,可为寻找地下水确定钻孔井位提供有效技术依据。经过多年的应用实践,采用高密度电法勘探技术进行水资源调查已有不少成功案例。如宋云峰等利用高密度电法在变质岩山区找水取得良好的效果[1];苏永军等利用高密度电法和激发极化法在河南抗旱找水效果明显[2];曹新文等应用高密度电法技术在山东省蓬莱市第四系玄武岩中找水,证明高密度电法在玄武岩区调查水资源是一种行之有效的技术方法[3];郑智杰等应用高密度电法在岩溶区识别断裂破碎带的位置及发育方向,在断裂破碎带分布范围或附近找水应用效果明显[4]。

本文采用水文地质综合分析与高密度电阻率法相结合的方法,通过分析研究区地质地貌、地形以及水文地质条件,针对矿集区内不同找水目标层的赋水条件,选择不同的高密度电法装置进行地下水探测,运用已知水文地质资料与高密度电法测量结果对比分析,对研究区内储水条件较好的地下水蓄水区电性结构进行综合分析,并对成井模式及规律进行总结,为水文地质钻孔布设提供参考依据。由于依托项目以地下水环境调查为主要任务,找水目标区的选定以矿集区内矿山污染调查目标位置为先决条件,并非以水文地质条件为优先考虑因素,因此本次找水定井工作区别于常规水文地质找水工作,需对特定区域内水文条件进行综合分析,具有一定的特殊性与复杂性。

1 研究区概况

1.1 区域地质特征

1) 地层。研究区内基底岩石由太古宇的桑干群(Ar1)和五台群(Ar2)及元古宇的渣尔太群(Pt)的变质岩组成。岩层从老至新有震旦系什那干群(Z),岩性主要由泥质灰岩、泥质粉砂岩、石英岩、硅质条带灰岩、结晶灰岩和板岩等组成,在研究区中部山区零星出露;中生界侏罗系中下统(J1-2)山麓堆积碎屑岩层,主要岩性为灰白色细、中、粗砂岩及灰色页岩,在研究区下湿壕东部零星出露;中生界白垩系下统(K1)的紫红色砂岩、砾岩及泥岩,上部的灰绿色、灰白色砂岩、砾岩及页岩夹煤层,呈EW方向分布在固阳断陷盆地;第四系上更新统(Qp)和全新统(Qh)地层广泛分布于沟谷中。各期侵入岩在本区内均有出露,岩性为灰绿色闪长岩、花岗岩等。

2) 构造。研究区所处大地构造单元属于华北地台内蒙古地轴,地壳构造变形强烈,褶皱、断裂构造十分发育,研究活动频繁,分布广泛。区内主要地质构造线走向近EW,主要断裂构造包括公益民—下湿壕大断裂带、大青山东西构造带(图1)[5],其中公益民—下湿壕大断裂带为影响研究区水文地质条件主要构造单元,该断裂分布于公益民—下湿壕山间洼地,主断隐伏于新生代沉积物之下。

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   包头市固阳县地质构造简图(内蒙古自治区地质环境监测院,1988)

Fig.1   Geological structure diagram of Guyang, Baotou(Geo-Environment Monitoring Institute of Inner Mongolia, 1988)


1.2 水文地质条件

研究区半干旱草原性气候十分明显,寒暑气候之差悬殊,蒸发量大大超过降水量,表现为典型的大陆性气候,地下水动态变化和补给受季节变化影响大。区内水文地质条件受区域自然地理条件及地质、地貌、构造等因素控制,将整个区域大体上可分为三类水文地质区[6](图2):一为第四系松散岩类孔隙潜水区,主要分布于局部沟谷,富水性与含水层的厚度、岩性相关;二为白垩系下统砂岩砾岩孔隙层间承压水区;三为基岩裂隙及火成岩碎屑岩裂隙水区,主要分布于基岩出露区,含水层富水性受地质构造、裂隙、节理发育程度影响,富水性差异较大。

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   包头市固阳县水文地质分区(内蒙古自治地质环境监测院,1988)

Fig.2   Hydrogeological zoning map of Guyang, Baotou(Geo-environment monitoring institute of Inner Mongolia, 1988)


研究区内含水岩组如表1所示[6]。主要含水层包括Qh、Qp孔隙潜水含水层、上新统(N2)不连续砂砾岩含水层、白垩系下统(K1)不连续砂砾岩含水层及侏罗系火山碎屑岩含水体以及元古宇、太古宇变质岩系裂隙水含水岩系。区内地下水动态、成因及补给条件均以大气降水为主要因素,水位变化亦与降水季节有密切的关系,区内潜水补给、径流、排泄条件相对较好,水交替强烈;承压水循环条件较差,随含水层深度和封闭性增加,地下水循环变弱。整体来讲,中低山、丘陵区为研究区地下水补给区,公益民—下湿壕地区为地下水径流排泄区。潜水由四周山间沟谷汇集,流入河谷地带,然后沿着河谷向区外排泄出去,承压水主要接受山区基岩裂隙水侧向补给、上游地带径流补给,以地下径流和人工开采方式排泄。

表1   研究区含水岩层

Table 1  List of water bearing strata in the study area

年代地层岩层含水描述
第四系全新统(Qh)砂砾石孔隙潜水含水层
新生界第四系更新统(Qp)砂砾石孔隙潜水含水层
新近系上新统(N2)不连续砂砾岩、砂质泥岩孔隙裂隙含水层
白垩系下统(K1)不连续的砂砾岩、砂岩层间承压水含水岩组
中生界侏罗系中上统(J2-3)火山碎屑岩裂隙潜水含水岩层
震旦系(Z)灰岩、板岩、石英岩石裂隙水含水岩系
元古宇变质岩系裂隙水含水岩系
太古宇变质岩系裂隙水含水岩系

备注:引用《内蒙古自治区固阳县农田供水水文地质普查报告书》第四章第二节内容

新窗口打开| 下载CSV


1.3 地球物理特征

研究区属于典型的山区丘陵地貌,区内第四系覆盖面积较大,基岩零星出露。为研究不同地层岩石电阻率特征,采集区内不同岩性岩石标本300块,标本规格6 cm×6 cm×6 cm,硫酸铜溶液浸泡24 h后自然风干,采用加拿大SCIP岩石电物性测量仪对标本电阻率进行测定,区内主要地层岩石视电阻率参数统计见表2。

表2   研究区主要地层岩石视电阻率参数

Table 2  Apparent resistivity parameters of main formation rocks in the study area

地层单位代号岩性平均视电阻率
/(Ω·m)		变化范围
/(Ω·m)
第四系Q砾石、黏土、砂土层560※110~1788※
古近系E砾岩、砂砾岩310※306~675※
白垩系固阳组K1g细砾岩、含砾砂岩360219~559
粉砂岩830157~1012
李三沟组K1l砾岩270168~560
粉砂质泥岩8659~322
侏罗系大青山组J3d砾岩377235~679
中粗粒砂岩458225~773
粉砂岩1179378~1643
粉砂质泥岩186116~467
长汉沟组J3c泥岩47※19~115※
粉砂岩992150~1638
召沟组J2zh粗砂岩178146~793
粉砂岩927469~1778
灰岩65018~2044
武当沟组J1w含砾砂岩298187~675
页岩/泥岩38※28~119※
中太古界乌拉山岩群Ar2w浅色片麻岩岩组2031863~3369
深色片麻岩岩组(不含水)16251147~2056
深色片麻岩岩组(含水)207※150~500※

备注:标有※的物性数据为测井资料统计结果,其余为岩石标本测试结果。

新窗口打开| 下载CSV


由表2可知,研究区内各时代同类型沉积岩视电阻率基本相近,但同时代不同岩性之间电阻率差异明显,如白垩系砂砾岩为中高阻,平均电阻率在360 Ω·m;白垩系细砂、粉砂岩为高阻,平均电阻率830 Ω·m以上;白垩系粉砂质泥岩表现为低阻,平均电阻率为50 Ω·m左右。此外,岩石是否含水对电阻率影响较大,如中太古界乌拉山岩群片麻岩岩组为高阻,平均视电阻率1 000~1 500 Ω·m,但岩体破碎充水后视电阻率表现为低阻,平均电阻率为200 Ω·m。因此测区内各时代地层岩性之间电阻率差异相对明显,具备开展电法勘探工作的地球物理前提。

2 工作方法技术

2.1 勘探方法原理

高密度电阻率法是集测深和测线法于一体的一种多种装置、多极距的组合方法,其基本原理与传统的直流电阻率法完全相同,属于一种阵列勘探方法。野外测量只需将全部电极开关置于测点上,利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的自动采集,具有操作简便、施工效率高、成本低、信息丰富的特点。

图3为高密度电法的装置示意图,数据采集过程中,多路电极转换器通过转化数据采集层数、改变供电电极和接收电极之间的距离,完成由浅到深的电阻率测量,从而最终完成整条测线的数据采集。

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   高密度电法勘探系统示意

Fig.3   Schematic diagram of multielectrode resistivity exploration system


2.2 仪器设备与参数选择

野外数据采集采用美国AGI公司SUPERSYING/R8电法仪,该仪器可以同时采集8个通道数据,共有电极56根,支持最大点距20 m,探测深度150 m左右;数据采集设置供电时间为1.2 s,重复观测2次,重复误差小于3%。数据处理采用仪器配套EarthImager2D软件,可支持带地形正反演计算,数据处理流程包括数据预处理(压制最小电压、剔除超过设置的最大重复误差、最小视电阻率值的干扰数据)、带地形2D反演拟合(采用阻尼最小二乘反演方法,通过均方误差RMS数值评价反演精度)、数据成图等[7,8,9,10]。

根据依托项目的研究目标区域,确定在矿集区内文圪气铁矿南选矿厂、鸿昌选厂、上十二份子金矿周边开展高密度电法测量工作,在充分踏勘以及资料研究的基础上,依据研究目标区的水文地质、地形地貌、人文干扰情况,共布设高密度电法测线3条,其中文圪气铁矿南选矿厂以南至石家渠村布设测线1条(GMP001),鸿昌选厂南三成仁壕村布设测线1条(GMP002),上十二份子金矿以南至上十二份子村布设测线1条(GMP003)。

野外实际探测过程中,高密度装置的选择合适与否,直接关系到是否能够探测出目标体所反映出的异常。故根据研究区的地质构造、水文地质资料,对各高密度测线的找水目标层及地下水类型赋存状态进行综合研究,同时兼顾工作区地形地貌、地质体的横向和垂向变化以及野外工作效率[11,12,13,14,15],对3条高密度电法测线的装置类型进行了选定,如表3所示。

表3   高密度电法测线测量装置类型

Table 3  Array list of multielectrode resistivity method of survey profile

测线赋水类型水文地质分区装置类型点距/m控制长度/m
GPM001孔隙承压水白垩系下统砂砾岩孔隙层间承压水区温纳装置151035
GPM002孔隙承压水白垩系下统砂砾岩孔隙层间承压水区温纳装置151005
GPM003裂隙承压水基岩裂隙及火成岩碎屑岩裂隙水区温纳装置
偶极—偶极装置		15825

新窗口打开| 下载CSV


3 应用实例

3.1 文圪气铁矿南选矿厂西南—石家渠村(GMP001)

文圪气铁矿南选厂西南—石家渠村布设高密度电法测线1条(图4),根据水文地质分区,测线位于白垩系下统砂砾岩孔隙层间承压水区,测线地表处第四系覆盖严重,为冲洪积松散层,由洪积(冲积、坡积)黄土状黏土、粉质黏土构成,地势较为平坦,受到人文因素影响,地表压实严重;第四系之下为古近系砂砾岩砂质泥岩互层;古近系之下为白垩系固阳组,该组地层为块状砾岩、砂岩互层,具有良好的赋水条件,为本测区找水目标层。

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   包头市固阳县文圪气铁矿南选矿厂、鸿昌选矿厂测区区域地质图及工作部署范围

Fig.4   Regional geological map and work deployment area of South Concentrator of Wengeqi Iron Mine and Hongchang Concentrator


3.1.1 高密度电法资料分析

GMP001测线方位角44°,测线长1 035 m,电极距15 m,布设电极数70道,采集层数18层。经过对采集数据进行处理,采用阻尼最小二乘反演方法进行带地形二维反演,绘制了高密度电法反演电阻率断面(图5)。由图可知该测线地下深部视电阻率基本呈“层状”,局部层位有错断不连续现象,按照视电阻率分布规律,总体上测线探测深度150 m范围可分为四个电性层:

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5   GMP001综合断面

Fig.5   GMP001 comprehensive section


1) 第一电性层:H1高阻层。视电阻率变化范围110~2 000 Ω·m,分布深度范围小于20 m,层厚不均匀分布,电阻率整体较高,推测为第四系砾石、沙土及回填土石,测线地表处人文改造较为严重,地表压实不均匀,导致视电阻率不均匀。

2) 第二电性层:L1低阻层。视电阻率表现为相对低阻异常,电阻率范围15~100 Ω·m,向大号方向连续性逐渐变差,出现零星低阻异常圈闭区,异常分布深度范围为20~80 m,平均层厚30 m,推测为砂砾岩(含水)或泥质含量相对较高的泥质粉砂岩、泥岩夹层,为寻找潜水有利层位。

3) 第三电性层:H2相对高阻层。视电阻率表现为中高阻,电阻率范围为150~1 000 Ω·m,分布深度范围40~80 m,推测为粉砂岩、含砾细砂岩。向大号方向连续性变差, 分别于300~550 m、645~750 m异常段之间出现2处明显高阻圈闭异常,且圈闭异常有明显错动位移,推测两个圈闭异常之间存在一条局部隐伏断裂(F1),断裂倾向往大号方向,推测断层倾角约30°~50°。

4) 第四电性层:L1相对低阻层。视电阻率表现为低阻,电阻率范围为10~100 Ω·m,分布深度范围85~150 m,推测为泥岩、粉砂质泥岩,向大号方向连续性变差,分别于380~515 m、600~8 25异常段之间出现2处明显低阻圈闭异常,受推测断层F1影响,与第二层低阻异常有联通趋势,推测构造附近岩石破碎程度较高,裂隙较发育,为承压水找水有利区。

3.1.2 成井模式探讨

根据高密度电法反演电阻率断面分析结果,结合测线处水文地质情况,对该测线地质解释如图6。测线岩层基本呈“层状”,局部层位受断裂构造影响,岩层错断破碎,为地下水贮存提供赋水空间;第二层含砾砂岩或泥质粉砂岩、泥岩夹层孔隙度较小,含水性较差;第三层含砾细砂岩—第四层泥岩粉砂质泥岩之间(电阻率特征表现为低阻—高阻过渡带)具备较好的赋空间,同时受断裂构造影响,断裂附近岩石相对较破碎,且断裂为含水层位提供了补水通道[16],因此推测两个层位之间过渡段为含水层位,但含水层水平方向连通性较差,横向封闭。基于以上分析,建议钻孔布设在708 m测点位置,抽取该点处电阻率测深曲线如图6a,在D深度=80~120 m间,曲线处于低阻—高阻过渡带,推测为含水层位深度,根据经验系数(一般取0.8~0.9)[17,18,19,20,21,22,23,24,25,26],本区取0.9,经深度校正后推测该段含水深度为72~108 m。

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6   预选井位高密度电法反演电阻率测深曲线与推测岩性垂向分布

Fig.6   High-density inversion resistivity sounding curve of selected well


3.1.3 钻探与测井验证

SZK001实际钻探深度为150.1 m,静止水位埋深10.38 m,单井涌水量15.51 m3/h,含水带厚度63 m,钻孔揭露地层为:新生界第四系砂卵砾石层及侏罗系五当沟组粉砂岩、泥岩等组成(见表4)。根据综合测井与抽水试验,84.02~96.42 m、118.91~130.10 m、136.58~189.20 m为主要含水层位,属孔隙裂隙承压水,富水性较强,该水井位置、出水层位满足文圪气铁矿周边地下水环境调查目标需求。

表4   SZK001钻孔岩性

Table 4  Lithology of SZK001 borehole

层号顶底埋深/m岩性层号顶底埋深/m岩性
10~13.35回填土、砂卵砾石1388.7~90.7泥质粉砂岩
213.35~23.25含砾岩屑砂岩1490.7~93.1含砾细砂岩
323.25~28.10泥质粉砂岩1593.1~95.25粉砂岩
428.10~29.25泥岩1695.25~105含砾粉砂岩
529.25~46含砾岩屑砂岩17105~113.85泥质粉砂岩
646~48.2泥质岩屑砂岩18113.85~121.2细砂岩
748.2~53.9粉砂岩19121.2~125.25泥质粉砂岩
853.9~55.1泥质粉砂岩20125.25~134.25粉砂质泥岩
955.1~68.25粉砂岩21134.25~140.25粉砂岩
1068.25~78.70泥质粉砂岩22140.25~146.25泥质粉砂岩
1178.70~80.25粉砂质泥岩23146.25~150.0粉砂质泥岩
1280.25~88.7含砾细砂岩

新窗口打开| 下载CSV


3.2 鸿昌选厂南—三成仁壕村(GMP002)

鸿昌选厂南—三成仁壕村布设高密度电法测线1条(图4),根据水文地质分区,测线位于白垩系下统砂砾岩孔隙层间承压水水文地质区,测线方向地表无基岩出露,多被农田土壤覆盖,525 m点位于高速水泥桥洞,数据处理时已对该点数据做标注。

3.2.1 高密度电法资料分析

GMP002测线方位角34°,测线长1 005 m,电极距15 m,布设电极数68道,采集层数18层。经过对采集数据进行处理和带地形二维反演绘制了高密度电法反演电阻率断面(图7a)。

图7

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7   GMP002综合断面

Fig.7   GMP002 comprehensive section


由高密度电法反演电阻率断面图(图7a)可知,GMP002视电阻率整体较小,变化范围5~176 Ω·m,呈“层状”展布,水平方向上视电阻率相对均匀,横向连续性较好,纵向视电阻率由浅到深逐渐增大,结合研究区电性参数特征,测线探测深度150 m范围内可以划分为4个电性层:

1) 第一电性层:H1中高阻层。视电阻率相对较高,变化范围30~43 Ω·m,层厚分布不均匀,分布深度范围小于15 m,推测为第四系粗砂、砾石、黏土层,测线525 m后为灌浇农田,受地表水影响,浅表处零星出现相对低阻。

2) 第二电性层:L1低阻层。视电阻率相对较低,变化范围11~30 Ω·m,横向连续性较好,向大号方向厚度有增大趋势,分布深度范围为15~70 m,推测为砂质泥岩、页岩,整体泥质含量较高。

3) 第三电性层:H2相对高阻层。视电阻率相对较高,变化范围为20~40 Ω·m,表现为中高阻异常,分布深度范围70~95 m,平均层厚约30 m,推测为砂砾岩、粗砂岩,为含水层。

4) 第四电性层:H3高阻层。视电阻率较高,大于70 Ω·m,表现为高阻异常,分布深度范围95~150 m,推测为一套细砂岩—中砂岩的砂岩组合。

3.2.2 成井模式探讨

GMP002测线地电断面综合解释如图7b。整体上视电阻率特征与岩层对应性较好,第二电性层古近系(E)粉砂质泥岩、第四电性层白垩系固阳组(K1g)细砂—粉砂岩具有孔隙度小、渗透性差的特点,为良好的隔水层;第三电性层古近系(E)砂砾岩及白垩系固阳组(K1g)粗砂岩,孔隙度大,推测为含水层,含水层水平方向较为均匀,连续性好。基于以上分析,可以将视电阻率由低—高变化过渡区作为本测线找水电性标志,结合测线视电阻率分布规律,建议钻孔布设在645 m测点,抽取645 m处高密度电法反演电阻率测深曲线如图6b,在D深度=68~109 m间,曲线处于低阻—高阻过渡带,为含层位,根据含水层埋深经验公式,取深度校正经验值为 0.9,经深度校正后推测含水深度为:61.2~98.7 m(承压水含水层)。

3.2.3 钻探与测井验证

SZK002实际钻探深度为150.2 m,静止水位埋深69.66 m,单井涌水量17.1 m3/h,含水带厚度 38.68 m。钻孔揭露地层为:第四系黏土、砂及砂砾及古近系泥质粉砂岩及泥岩互层、砂砾岩,白垩系固阳组粗砂岩、中砂岩、粉砂岩(见表5)。根据综合测井与抽水试验,68.00~72.04 m、77.27~93.28 m为主要含水层位,属孔隙裂隙承压水,含水段与高密度电法推测结果吻合较好,该水井位置、出水层位可满足宏昌选厂周边地下水环境调查目标需求。

表5   SZK002钻孔岩性

Table 5  Lithology of SZK002 borehole

层号顶底埋深/m岩性层号顶底埋深/m岩性
10~9砂砾岩936~85砂砾岩
29~13粉砂质泥岩1085~97粗砂岩
313~15灰绿色泥岩1197~103中砂岩
415~23页岩12103~121细砂岩
523~26灰绿色泥岩13121~127粉砂岩
626~29粉砂质泥岩14127~148细砂岩
729~31灰绿色泥岩15148~150粉砂岩
831~36泥质砂岩

新窗口打开| 下载CSV


3.3 上十二份子金矿东南侧上十二份子村(GMP003)

上十二份子金矿东南侧上十二份子村布设高密度电法测线1条(图8),根据水文地质分区,测线位于基岩裂隙及火成岩碎屑岩裂隙水区,测线北侧(大号方向)高山出露深色片麻岩,南侧地势低洼处为冲洪积松散层,由洪积(冲积、坡积)砾石、黏土构成,部分洼地处地形切割较严重,地表雨水聚集;测线穿过一条已知断层,为本测区找水有利地段。

图8

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图8   包头市固阳县十二分子金矿测区区域地质图及工作部署范围

Fig.8   Regional Geological Map and Work Deployment Scope of ShangShiErFenZi gold mine


3.3.1 高密度电法资料分析

GMP003测线方位角43.8°,测线长825 m,电极距15 m,布设电极数56道,采集层数18层。分别采用偶极—偶极装置、温纳装置对视电阻率数据进行采集,并对采集数据进行处理和带地形二维反演绘制了高密度电法反演电阻率断面(图9a、b)。

图9

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图9   GMP003综合断面

Fig.9   Comprehensive cross section of GMP003


采用不同装置类型测量反演结果的视电阻率分布情况及展布趋势相近,但温纳装置测量结果在纵向可更好地对视电阻率变化进行区分,而偶极—偶极装置测量结果对视电阻率横向变化刻画更加精细,因此综合二者优势进行分析,采用温纳装置测量结果对异常进行划区,采用偶极—偶极测量结果对局部变化特征进行刻画。

总体上GMP003视电阻率横向上存在两个明显视电阻率圈闭区,高低阻圈闭区之间有电阻率值突变,可确定测线0~475 m和475~800 m异常段之间存在一条局部断层,倾向往大号方向,断层倾角约35°~60°。结合研究区电性参数特征,测线探测深度150 m范围内可以划分为3个电性区:

1) 第一电性区:L1低阻异常带。覆盖于测线表层,厚度约10 m以浅,该层电阻率整体相对较低,变化范围40~200 Ω·m,推测为第四系砾石、黏土层,层厚分布不均匀,北侧局部受雨水渗透影响,浅表处零星出现相对低阻。

2) 第二电性区:H1相对高阻异常区。位于测线段0~475 m,视电阻率相对较高,异常闭合,电阻率变化范围150~600 Ω·m,分布深度范围为15~80 m,近水平覆盖于低阻异常区L2之上,根据区域地质情况及电性资料,结合野外实际岩石露头情况,推测为中生代浅色片麻岩岩组。

3) 第三电性区:L2相对低阻异常区。位于测线段475~800 m,视电阻率相对较低,电阻率变化范围为50~90 Ω·m,分布深度范围15~150 m,被覆盖于相对高阻异常区H1之下。由图9a、图9b可知,测线475 m处L2异常区存在一条明显的异常不连续带,结合该区地质构造情况,推测为一条局部断层,倾向往大号方向,断层倾角约35°~60°;根据地表基岩出露情况,推测本电性区为中生代深色片麻岩组,由于受构造影响,地表水沿构造裂隙向下渗透,使得整体电阻率较低。

3.3.2 成井模式探讨

GPM003地质解释如图9c。中太古界浅色片麻岩(Ar2ls)覆盖于深色片麻岩组(Ar2dg)之上,受构造应力影响,深部深色片麻岩体被错断,断层上下盘裂隙均较为发育,断层上盘向上运动后经风化剥蚀覆盖于第四系地层之下,因此推测北侧浅色片麻岩体深部风化程度较高,具有一定储水条件,为寻找潜水有利区;考虑到片麻岩组发育原生片麻理,同时岩体受构造影响,裂隙、节理发育,因此下盘深部深色片麻岩具备较好的储水性;断裂破碎带为上下盘片麻岩体含水层提供了补水通道,因此靠近断层破碎带其含水性越强。基于以上分析,建议钻孔布设在475 m测点,抽取475 m点位处电阻率测深曲线如图6c,由于点位处岩性为相同的深色片片麻岩组,故可以认为电阻率过渡带(转折带)为含水标志层位,在D深度=10~25 m、78~115 m间,曲线处于低阻—高阻过渡带,推测为含水层位深度,根据含水层埋深经验公式,取深度校正经验值为0.9,经深度校正后推测含水深度为:9~22.5 m(潜水含水层),70.2~103.5 m(承压水含水层)。

3.3.3 钻探与测井验证

SK003实际钻探深度为150.2 m,静止水位埋深8.05 m,单井涌水量6.72 m3/h。钻孔穿透推测断层上盘,揭露地层为:第四系砾石土,新生界第四系及中太古界乌拉山岩群深色片麻岩岩组,主要岩性:钾长浅粒岩、黑云角闪斜长片麻岩、角闪二长片麻岩等(见表6),钻孔深度18~24 m见断层破碎带,根据综合测井与抽水试验,72.28~86.55 m、92.76~97.75 m、105.28~109.55 m为主要含水层位,含水层位裂隙发育,属裂隙承压水,含水段与高密度电法推测结果吻合较好,该水井位置、出水层位可满足上十二份子选厂周边地下水环境调查目标需求。

表6   SZK003钻孔岩性

Table 6  Lithology of SZK003 borehole

层号顶底埋深/m岩性层号顶底埋深/m岩性
10~11第四系砾石土650~63角闪变粒岩
211~18角闪斜长片麻岩763~98角闪斜长片麻岩
318~24断层破碎带898~123辉绿岩
424~38钾长浅粒岩9123~150角闪二长片麻岩
538~50角闪二长片麻岩

新窗口打开| 下载CSV


4 结论

本文对包头市固阳县矿集区高密度电法找水定井实例进行了分析,建立了一套“水文地质研究确定找水目标—不同装置类型高密度电法数据采集—物探与地质综合分析”的工作流程,有效地揭示了找水目标区内地层、地质构造以及地下水赋存的具体形态,物探综合解释结果与钻探验证结果吻合度较高,说明应用高密度电法在矿集区找水定井是行之有效的,可以得到以下结论:

1) 应用高密度电法在沉积环境相对稳定、地势平坦、水文条件相对简单的沉积岩区找水,不可绝对地认为低阻异常为赋水岩层的地球物理标志,要结合区域地质、物性特征、水文地质情况确定区域含水层位置和厚度,建立“先验信息”,排除非含水层低阻异常干扰,从而提高找水井位准确度。

2) 应用高密度电法在水文地质条件复杂的基岩地区找水,由于富水地段主要受构造控制,含水层复杂,变化较大,应结合水文地质条件与断裂构造等地质信息,充分分析视电阻率异常与富水地段、构造之间的关系,可采用温纳装置与偶极—偶极装置进行数据采集,提高数据纵、横向分辨率,进一步确认赋水性及拟定井位和深度。

3) 本次高密度电法测量取得的地球物理资料,可为包头市固阳县矿集区内找水定井工作提供基础数据参考,同时本文提及的工作流程也可作为研究区水文地质研究的工作手段,具有一定的借鉴意义。

4) 本文采用单一的物探方法具有一定的局限性,建议采用多种地球物理手段,充分发挥各种物探方法本身的优势,多参数综合分析,可进一步提高定井效率和成功率,以期产生较好的应用效果。

参考文献

宋云峰, 武爱华, 李雪梅.

变质岩山区高密度电法找水案例

[J]. 山东农业大学学报:自然科学版, 2014,45(2):272-275.

[本文引用: 1]

Song Y F, Wu A H, Li X M.

Case of metamorphic rock mountain high density electrical method in water exploration

[J]. Journal of Shandong Agricultural University:Natural Science Edition, 2014,45(2):272-275.

[本文引用: 1]

苏永军, 马震, 孟利山, 等.

高密度电阻率法和激发极化法在抗旱找水定井位中的应用

[J]. 现代地质, 2015,29(2):265-271.

[本文引用: 1]

Su Y J, Ma Z, Meng L S, et al.

Application of high-density resistivity method and induced polarization method to determine a good well location in groundwater prospecting

[J]. Geoscienc, 2015,29(2):265-271.

[本文引用: 1]

曹新文, 马秀敏, 彭华, 等.

山东蓬莱玄武岩覆盖区高密度电法找水效果分析

[J]. 地球物理学进展, 2018,33(6):342-348.

[本文引用: 1]

Cao X W, Ma X M, Peng H, et al.

Effect analysis of high-density resistvity method to groundwater exploration in basalt area Penglai Shangdong province

[J]. Progress in Geophysics, 2018,33(6):342-348.

[本文引用: 1]

郑智杰, 曾洁, 赵伟, 等.

高密度电法在岩溶区找水中的应用研究

[J]. 地球物理学进展, 2019,34(155):416-421.

[本文引用: 1]

Zheng Z J, Zeng J, Zhao W, et al.

Application research of high density resistivity method in water exploring in karst area

[J]. Progress in Geophysics, 2019,34(155):416-421.

[本文引用: 1]

岳茂华.

内蒙古自治区包头市固阳县区域水文地质调查报告

[R]. 内蒙古自治区环境地质研究所, 1998.

[本文引用: 1]

Yue M H.

Regional hydrogeological survey report of Guyang, Baotou, Inner Mongolia

[R]. Environmental Geology Institute of Inner Mongolia, 1998.

[本文引用: 1]

张树民.

内蒙古自治区固阳县农田供水水文地质普查报告书

[R]. 内蒙古自治区水文地质勘探队, 1974.

[本文引用: 2]

Zhang S M.

Hydrogeological survey report of farmland water supply in Guyang, Inner Mongolia

[R]. Hydrogeological Exploration Team of Inner Mongolia, 1974.

[本文引用: 2]

邓娜, 江长森.

高密度电法在工程勘察中的应用实例

[J]. 物探化探计算技术, 2009,31(6):577-581,3.

[本文引用: 1]

Deng N, Jiang C S.

The case studies of high density resistivity method in engineering exploration

[J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2009,31(6):577-581,3.

[本文引用: 1]

董浩斌, 王传雷.

高密度电法的发展与应用

[J]. 地学前缘, 2003,10(1):171-176.

[本文引用: 1]

Dong H B, Wang C L.

Development and application of 2d resistivity imaging surveys

[J]. Earth Science Frontiers, 2003,10(1):171-176.

[本文引用: 1]

张胜业. 应用地球物理学原理[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 2004.

[本文引用: 1]

Zhang S Y. Principles of applied geophysics [M]. Wuhan: China University of Geosciences Press, 2004.

[本文引用: 1]

葛如冰, 黄伟义, 张玉明.

高密度电阻率法在灰岩地区的应用研究

[J]. 物探与化探, 1999,23(1):29-33,38.

[本文引用: 1]

Ge R B, Huang W Y, Zhang Y M.

The study of the application of high density resistivity method to the limestone area

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 1999,23(1):29-33,38.

[本文引用: 1]

宋希利, 宋鹏, 田明阳, 等.

物探方法在侵入岩地区抗旱找水定井中的应用

[J]. 地球物理学进展, 2012,27(3):1280-1286.

[本文引用: 1]

Song X L, Song P, Tian M Y, et al.

Geophysical prospecting method in intrusive rocks area fight a drought to find water wells set

[J]. Progress in Geophysics, 2012,27(3):1280-1286.

[本文引用: 1]

余京.

综合物探在岩溶断层中找水的研究及其应用

[J]. 地下空间与工程学报, 2017,13(s1):442-445.

[本文引用: 1]

Yu J.

Research and application of comprehensive geophysical exploration technique to find water at karst fault

[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2017,13(s1):442-445.

[本文引用: 1]

焦彦杰, 吴文贤, 杨剑, 等.

云南岩溶石山区物探找水方法与实例分析

[J]. 中国地质, 2011,38(3):770-778.

[本文引用: 1]

Jiao Y J, Wu W X, Yang J, et al.

Geophysical water exploration methods in stone mountain karst areas and case analysis

[J]. Chinese Geology, 2011,38(3):770-778.

[本文引用: 1]

李富, 邓国仕, 袁建飞, 等.

确定探采结合井位的综合物探方法技术研究——以乌蒙山区为例

[J]. 地球物理学进展, 2018,33(3):1218-1225.

[本文引用: 1]

Li F, Deng G S, Yuan J F, et al.

Combination of exploration and mining technology research method of geophysical exploration wells:In Wumeng mountain area as an example

[J]. Progress in Geophysics, 2018,33(3):1218-1225.

[本文引用: 1]

李宏恩, 徐海峰, 李铮, 等.

地面核磁共振法与高密度电法联合探测堤坝渗漏隐患原位试验研究

[J]. 地球物理学进展, 2019,34(4):1627-1634.

[本文引用: 1]

Li H E, Xu H F, Li Z, et al.

In situ experimental study on resistivity-magnetic resonance sounding coupling imaging diagnosis method for an embankment dam with seepage defects

[J]. Progress in Geophysics, 2019,34(4):1627-1634.

[本文引用: 1]

冼诗盛.

高密度电法在复杂地质构造条件下的找水效果

[J]. 地质与资源, 2015,24(2):132-136.

[本文引用: 1]

Xie S H.

Application of high-density electrical method in groundwater exploration under complex geologic structural conditions

[J]. Geology and Resources, 2015,24(2):132-136.

[本文引用: 1]

周乐, 朱庆俊, 罗旋, 等.

山东莱芜盆地古近系大汶口组含水层找水实例分析:以口镇官水河村为例

[J]. 中国矿业, 2020,29(s1):309-311,316.

[本文引用: 1]

Zhou L, Zhu Q J, Luo X, et al.

Case study of water exploration in Dawenkou formation aquifer of Paleogene in Laiwu basin, with an example of Guanshuihe village, Kouzhen, Shandong province

[J]. China Mining Magazine, 2020,29(s1):309-311,316.

[本文引用: 1]

张彪, 刘良志, 倪进鑫, 等.

综合物探方法在花岗岩严重缺水地区找水勘查中的应用

[J]. 工程地球物理学报, 2015,12(4):501-507.

[本文引用: 1]

Zhang B, Liu L Z, Ni J X, et al.

The application of comprehensive geophysical prospecting method to water exploration in the granite severe water shortage region

[J]. Chinese Journal of Engineering Geophysics, 2015,12(4):501-507.

[本文引用: 1]

陈松, 刘磊, 刘怀庆, 等.

北部湾咸淡水分界面划分中的电法应用分析

[J]. 地球物理学进展, 2019,34(4):1592-1599.

[本文引用: 1]

Chen S, Liu L, Liu H Q, et al.

Application analysis of electrical method in dividing saltwater and freshwater interface in beibu bay

[J]. Progress in Geophysics, 2019,34(4):1592-1599.

[本文引用: 1]

王平, 史俊平, 李云鹏, 等.

物探方法组合在清水河缺水地区找水勘查应用效果

[J]. 西部资源, 2013(3):159-161.

[本文引用: 1]

Wang P, Shi J P, Li Y P, et al.

Application effect of water prospecting in Qingshuihe water shortage region by comprehensive geophysical methlds

[J]. Westen Resources, 2013(3):159-161.

[本文引用: 1]

康小兵, 许模, 谯勉江, 等.

物探方法在西藏阿里地区地下水资源调查中的应用

[J]. 工程勘察, 2007(9):70-73.

[本文引用: 1]

Tang X B, Xu D, Qiao M J, et al.

Application of geophysical methods in groundwater resource investigation of ali area, tibet

[J]. Geotechnical Investigation & Surveying, 2007(9):70-73.

[本文引用: 1]

邬健强, 赵茹玥, 甘伏平, 等.

综合电法在岩溶山区地下水勘探中的应用——以湖南怀化长塘村为例

[J]. 物探与化探, 2020,44(1):93-98.

[本文引用: 1]

Wu J Q, Zhao R Y, Gan F P, et al.

The application of electrical prospecting method to groundwater exploration in karst mountainous areas: A case study of Changtang Village, Huaihua area, Hunan Province

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2020,44(1):93-98.

[本文引用: 1]

孙仁斌, 楚丽霞, 王宁, 等.

时间域激电测深二维反演在内蒙古兴和盆地贫水区找水勘查中若干案例研究

[J]. 地球物理学进展, 2017,32(1):387-394.

[本文引用: 1]

Sun R B, Chu L X, Wang N, et al.

2D inversion of IP-resistivity sounding in water exploration of Xinghe basin in Inner Mongolia

[J]. Progress in Geophysics, 2017,32(1):387-394.

[本文引用: 1]

李凤哲, 朱庆俊, 孙银行.

西南岩溶山区物探找水效果

[J]. 物探与化探, 2013,37(4):591-595.

[本文引用: 1]

Li F Z, Zhu Q J, Sun Y H, et al.

The effects of geophysical water exploration in karst mountain areas of southwest china

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2013,37(4):591-595.

[本文引用: 1]

杨剑, 王永华, 焦彦杰, 等.

EH4电磁系统在西南抗旱救灾找水中的应用

[J]. 物探与化探, 2011,35(6):754-757.

[本文引用: 1]

Yang J, Wang Y H, Jiao Y J, et al.

The application of eh4 electromagnetism to water resource exploration and drought resistance in southwest china

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2011,35(6):754-757.

[本文引用: 1]

刘得福, 吕旭红, 任多魁.

综合电法在祁连山山前缺水区寻找地下水的应用

[J]. 物探与化探, 2006,30(1):41-44.

[本文引用: 1]

Liu D F, Lyu X H, Reng D K.

The application of integrated electrical method to the exploration of underground water in the piedmont water-deficient regionof the qilian mountains

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2006,30(1):41-44.

[本文引用: 1]

/

〈 〉

京ICP备05055290号-3
版权所有 © 2021《物探与化探》编辑部
通讯地址：北京市学院路29号航遥中心 邮编：100083
电话：010-62060192；62060193 E-mail：whtbjb@sina.com