江苏宁镇丘陵山区寻找基岩裂隙水的物探方法及异常特征

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  摘要:充分收集分析研究以往地质、水文地质及物探资料,针对水文地质条件选择有效的物探方法,根据不同水文地质条件的物探异常特征确定钻井位置和深度。
  关键词:基岩地下水;水文地质条件;物探方法;物探异常特征
  寻找地下水的物探方法有多种,不同的水文地质条件应采用不同的物探方法,作者总结出江苏丘陵山区寻找基岩地下水的一套工作程序及物探异常特征。
  一、江苏宁镇丘陵山区地下水概况
  江苏宁镇丘陵山区地下水主要分为裂隙水与岩溶水,裂隙水又分碎屑岩类裂隙水、火山碎屑岩类层状裂隙水和火山侵入岩类块状裂隙水。
  裂隙水主要赋存于岩层构造裂隙中,裂隙水的富集受多种因素影响,其中岩性的软硬、构造的发育程度起着主导作用。同时,还与补给条件、火成岩侵入造成的蚀变作用、岩层产状有直接关系。一般来说岩性粗硬脆,如坚硬的砂砾岩、石英砂岩,在构造作用下易于透水的裂隙,较为富水。反之岩性细软,如泥岩、页岩、煤系地层,则裂隙不发育,较为贫水。
  按富水性差异及地层时代分别叙述如下:
  ⑴水量丰富~极丰富的三迭系周冲组碳酸盐岩类岩溶水,周冲组是最为富水的岩组,富水段主要为上段的角砾状灰岩。大部分单井涌水量大于3000米3/日,最大单井涌水量5000米3/日以上。
  ⑵水量中等的青龙群、栖霞组、石炭系、奥陶系、寒武系以及震旦系灯影组,岩性以灰岩、白云岩为主,单井涌水量100~1000米3/日,其中石炭系黄龙~船山组灰岩岩溶较发育,单井涌水量可达1000米3/日以上。
  ⑶水量中等的泥盆系上统五通组与侏罗系中下统象山群砂岩层状裂隙水,五通组以石英砂岩、含砾石石英砂岩为主,象山群上部岩屑砂岩、粉砂岩、含砾长石砂岩,中部粉砂岩、石英砂岩夹炭质页岩及煤层,下部石英砂岩、石英砾岩。单井涌水量100~500米3/日,局部可达1000米3/日。
  ⑷水量贫乏的三迭系中统黄马青组和上统范家塘组砂岩、泥岩层状裂隙水,单井涌水量一般小于100米3/日,很多地方为干孔,特别是火山岩体附近,由于硅化作用,岩石很硬,钻进困难,却往往无水。但局部断裂发育地段,补给条件又较好时,水量可大于1000米3/日。
  ⑸水量贫乏至极的志留系、二迭系上统、下统上端、白垩系、第三系的粉砂岩、泥岩、页岩、砾岩等层状裂隙水,志留系与二迭系以泥页岩为主夹砂岩及煤系,白垩系与第三系岩性主要为泥岩、泥质粉砂岩、砾岩,局部含石膏,单井涌水量多小于100米3/日,多数为干孔,个别在张性断裂带上也仅有200米3/日。
  ⑹侵入岩块状裂隙水,岩性以中酸性为主,富水性差别较大,主要受断裂控制,大多贫水或中等富水,单井涌水量几十米3/日到200米3/日。
  二、地球物理特征
  物性参数是岩石物理性质的反映,又是物探方法选择及资料推断解释的依据。区内不同地层、岩石间存在明显的电阻率差异,总体上,成岩地层电阻率高于疏松层,泥岩、页岩电阻率低于砂岩,砂岩电阻率低于灰岩,火山熔岩、火山碎屑岩电阻率低于火山岩侵入岩。当高阻地层断裂破碎时电阻率则降低。
  三、物探方法的选用
  江苏地质工作研究程度较高,在确定勘查区域后首先要收集以往地质、水文地质及物探资料,初步了解勘查区地层岩性、区域构造、水文地质条件、地球物理特征。
  寻找地下水的思路为首先寻找富水地层,再找充水构造。
  找水的物探方法廉价实用的主要有电法中的联合剖面法、电测深法,放射性中的α测试。
  费用较大的物探方法有高密度法、MT法、CSAMT法、地震、地质雷达等,费用高但未必实用有效。
  根据收集的资料分析,已知断裂构造大致分布,选用电测深法,如基岩埋深较浅,可增加放射性中的α测试。
  收集资料不能确定断裂构造大致分布,选用电法中的联合剖面法,确定断裂构造大致分布,再辅以电测深法确定断裂构造的性质。
  如需要寻找中深部(300~500米)及以深的地下水,则宜先用电法中的联合剖面法,初步划出异常区域,再辅以MT法、CSAMT法。
  四、物探异常特征
  1、电测深法
  ⑴单根曲线
  地质构造作用使岩石产生形变和破碎,导致地下水或泥质物充填,改变了岩石原有的地球物理特征。一般情况下,破碎带呈低阻异常。
  本圆滑的单根曲线在断裂破碎带对应深度出现畸变,但要排除地形影响及测量误差。
  ⑵断面等值线图
  在ρS断面等值线图上,低阻闭合圈大多为张性断裂破碎带,单边的等值线密集带也是断裂构造或地层不整合接触的反应。
  南京市东郊某农庄位于青龙山西北侧,测区范围内隐埋大面积的三迭系上统黄马青组(T2h)地层,厚度达数百米,岩性主要为紫红色粉砂质泥岩,其次为粉砂岩及石英砂岩,由于粉砂质泥岩泥质成份含量较高,岩性较软,裂隙不发育,含水微弱。但东南方向的青龙山为一套浅海相灰色灰岩沉积,岩溶裂隙发育,富水性好。根据收集资料,有一条断裂垂直于山体通向测区,物探选用了二种方法,电测深和α法。在测区垂直于断裂方向共计布置电测深剖面一条,6个测量点。快速α测试剖面二条,33个测量点。
  1、2、3号点电测深曲线形态相似,类型均为“A”型,4、5、6号点电测深曲线均有畸变(见图1),从4号点到6号点,畸变深度由40米逐渐加深到100米。起始ρS值均在20ΩM左右,表层第四纪松散层岩性为亚粘土,厚度在10米左右。曲线上升角度较小,在20~30°之间,表明下伏基岩为粉砂质泥岩,其风化后与上覆松散层差别不大,完整基岩埋深在15~20米。AB/2=100米向后,上升角度渐小,尾支在15°左右,ρS值在60~80ΩM之间。分析基岩岩性为粉砂质泥岩。从电测深ρS等值线断面图(图2)及单根曲线分析,在4、5号之间存在断裂构造。    电阻率联合剖面曲线图
  α法Ⅰ剖面8、10号点,Ⅱ剖面11、13号点有异常反应(图4),其位置对电测深剖面4、5号测点位置相对应。
  最终在电测深剖面4、5号测点之间凿井,在钻进至93米时,遇断裂破碎带,地下水喷出孔口近0.5米,自流量达50米3/小时。
   α法剖面曲线图
  2、联合剖面法
  联合剖面法断裂破碎带异常特征为低阻正交点异常,镇江某部队地处山前岗地,基岩为二叠系龙潭组(P2l)的砂岩,透水性较差。电阻率联合剖面测量同点采用AO=BO=150、300 米两种极距观测,点距20~40 米。剖面中段AO=150m的ρsa曲线与ρsb曲线于31 号点出现低阻正交点异常,AO=300m 的ρsa曲线与ρsb曲线于31 号点出现低阻正交点异常(图3),交点两侧的歧离带变化率较大,推测为断裂构造异常,产状直立,向下延伸较大。在31号点凿井深度200米,涌水量大于10米3/小时。
  3、α 法
  α 法寻找的是基岩地下水的蓄水构造,蓄水构造附近出现放射性异常的主要原因是放射性气体容易从岩石的破碎带、裂隙带、断裂带逸出,并形成异常。
  α 法有效异常一般为背景值的2~3倍,张性断裂常为双峰值异常,说明该断裂构造中岩石破碎,裂隙通透性较好,使得α 射线浓度增大。
  五、结论与认识
  1、江苏宁镇地区地质研究程度较高,给寻找地下水带来较大的帮助,因此在某个地块寻找地下水,收集、分析、研究地质、水文地质资料是找水成功的关键。
  2、根据水文地质条件及地球物理特征,选用不同的物探方法。不同的水文地质条件具有相应的物探异常特征。
  3、在江苏宁镇地区寻找200米以浅的基岩地下水,选择费用较低,简便的电测深法、联合剖面法、α 法往往取到较好的效果。
  参考文献
  【1】傅良魁主编:1991年,应用地球物理教程[M],地质出版社,
  【2】刘家晋、张兵等,1992年,江苏省南京市市区地下水资源评价报告[R],江苏省地矿局第一水文地质工程地质大队。
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