综合物探方法在花岗岩严重缺水地区找水勘查中的应用_张彪

是 本 区 主 要 方 向 。 经 钻 探 验 证 ，成 功 探 获 岩 体 裂 隙 水 ，出 水 量 约 ８０～１００ｔ／ｄ。
关 键 词 ：ＥＨ４ 音 频 大 地 电 磁 法 ；高 密 度 电 法 ；花 岗 岩 ；找 水
中 图 分 类 号 ：Ｐ６３１
文 献 标 识 码 ：Ａ
收 稿 日 期 ：２０１５－０３－０６
第 ４ 期 张 彪 ，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
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合本身的探 测 需 求 。 ［７］ 一 般 而 言，温 纳 装 置 的 特
点是垂向分辨率比水平方向的分辨率更为灵敏，
具有更强的抗干 扰 能 力 和 更 高 的 采 集 效 率，但 也
ｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ
第 一 作 者 ：张 彪 （１９７６ － ），男 ，工 程 师 ，从 事 地 球 物 理 勘 探 工 作 。Ｅ－ｍａｉｌ：１１７３１３９２３９＠ｑｑ．ｃｏｍ
５０ ２ 工 程 地 球 物 理 学 报 （Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ） 第１２卷
用。根据工作区的实际情况，布置了一处十字测深剖面。通过高密度电法精细勘查浅表覆盖情况，以 ＥＨ４音
频大地电磁法评估深部大地构造和区域性断裂发育 情 况，两 个 方 法 互 相 验 证，互 为 补 充。勘 查 成 果 表 明 工 作
区 无 明 显 含 水 层 位 ；寻 找 风 化 壳 型 地 下 水 水 量 不 大 ，亦 无 实 际 意 义 ；寻 找 具 有 一 定 规 模 和 深 度 的 含 水 张 性 断 裂
Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１００００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＥＨ４ａｕｄｉｏ ｍａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｆｉｎｄ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｔ ｇｒａｎｉｔｅ ｓｅｖｅｒｅ ｗａｔｅｒ ｓｈｏｒｔａｇｅ ａｒｅａ ｉｎ Ｈｅｎｇｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ａｒｅａ，ｔｈｅ ａｕ－ ｔｈｏｒ ａｒｒａｎｇｅｄ ａ ｃｒｏｓｓ ｓｏｕｎｄｉｎｇ ｐｒｏｆｉｌｅ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｕｒｖｅｙ ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ ｃｏｖｅｒｅｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ＥＨ４ａｕｄｉｏ ｍａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｔｅｃｔｏｎｉｃ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｆａｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ａｑｕｉｆｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ａｒｅａ，ｓｏ ｌｏｏｋｉｎｇ ｆｏｒ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｃｒｕｓｔ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｈａｓ ｎｏ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ；ａｎｄ ｌｏｏｋｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｙ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｃｅｒｔａｉｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｄｅｐｔｈ ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｅａ．Ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｆｉｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ａｂｏｕｔ ８０～１００ｔ／ｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＥＨ４ａｕｄｉｏ ｍａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ；ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ；ｇｒａｎｉｔｅ；
（１．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｐａｎｙｕ Ｕｒｂａｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ＆ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５１１４５０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，
Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｗａｔｅｒ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｇｒａｎｉｔｅ Ｓｅｖｅｒｅ Ｗａｔｅｒ Ｓｈｏｒｔａｇｅ Ｒｅｇｉｏｎ
Ｚｈａｎｇ Ｂｉａｏ１，Ｌｉｕ Ｌｉａｎｇｚｈｉ ２，Ｎｉ Ｊｉｎｘｉｎ２，Ｌｉｕ Ｊｉａｎｇｓｈａｎ２
第１２卷 第４期 ２０１５年７月
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．４ Ｊｕｌｙ，２０１５
文 章 编 号 ：１６７２—７９４０（２０１５）０４—０５０１—０７
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－７９４０．２０１５．０４．０１５
探查，而对区域性 断 裂 破 碎 带 的 寻 找 主 要 依 赖 于
ຫໍສະໝຸດ Baidu
大勘查深度的音 频 大 地 电 磁 法，故 仅 采 用 了 温 纳
装置。若仅单独使用高密度电法在花岗岩地区寻
找 地 下 水 ，则 应 选 择 温 纳 － 施 伦 贝 尔 装 置 为 宜 。
综合物探方法在花岗岩严重缺水地区找水 勘查中的应用
张 彪１， 刘 良 志２， 倪 进 鑫２， 刘 江 山２
（１．广州市番禺城市规划设计院，广东 广州 ５１１４５０； ２．湖南省有色地质勘查研究院 地球物理勘查分院，湖南 长沙 ４１００００）
摘 要：主要介绍了 ＥＨ４音频大地电磁法联合高密度法 在 湖 南 衡 阳 花 岗 岩 严 重 缺 水 地 区 找 水 勘 查 中 的 应
２ 地质背景
工作 区 属 低 山 丘 陵 区，海 拔 标 高 一 般 为 １００ ～２００ｍ，地形类别 为 Ⅲ 类，出 露 岩 体 为 紫 云 山 岩 体，主 要 岩 性 为 黑 云 母 二 长 花 岗 岩，中 粗 粒 结 构， 块状构造。基岩风 化 厚 度 一 般 为 ４～１５ ｍ，浅 表 无覆盖层 或 仅 有 几 十 厘 米 至 数 米 不 等 的 薄 覆 盖 层 ，覆 盖 层 主 要 为 第 四 系 松 散 沉 积 物 ，局 部 地 区 为 人工回填物。
综 上 所 述 ，因 工 作 区 未 发 育 明 显 含 水 层 ，寻 找 岩层地下水的可 能 性 极 小；风 化 层 和 上 覆 层 均 比 较薄，加 上 相 对 地 势 比 较 高，汇 水 面 积 小，水 源 补
给 有 限 ，寻 找 风 化 壳 型 地 下 水 的 可 行 性 也 不 大 ，即 便 找 到 ，水 量 也 会 极 其 有 限 ，难 以 满 足 学 校 千 余 师 生的生活用水需 求；小 规 模 的 平 移 正 断 裂 含 水 性 也较差，不是 本 区 主 要 勘 查 目 标。 本 次 勘 查 工 作 的主要目标应为 具 有 一 定 规 模 的 深 大 断 裂，且 最 好 是 张 性 断 裂 ，形 成 的 断 裂 破 碎 带 有 一 定 规 模 ，具 有较好的含水性 和 导 水 性，以 便 获 取 足 量 的 优 质 基岩裂隙水。而含水裂隙与完整花岗岩体间存在 较大的电阻率差 异，具 备 在 本 区 利 用 综 合 物 探 方 法勘查找水的地球物理前提。
３ 勘探方法原理
３．１ 高 密 度 电 法 高密度电法是对传统直流电法探测系统的改
良［５］，是在垂向 直 流 电 测 深 与 电 测 剖 面 法 两 种 方 法 的 基 础 上 ，通 过 软 件 ，控 制 着 布 置 联 结 在 同 一 条 多芯电缆上的多 个 电 极，使 其 自 动 组 成 多 个 不 同 深度的探测剖面或多个垂向测深点。通过对电极 的 排 列 组 合 ，按 一 定 顺 序 进 行 逐 点 或 逐 层 探 测 ，实 现高度自动化采 集 测 量，获 得 地 电 断 面 上 的 不 同 电阻率特征。
１ 引 言
根据岩石空隙 类 型 及 发 育 规 律，可 以 把 含 水 储 集 层 划 分 为 孔 隙 含 水 层 、裂 隙 含 水 层 或 带 、岩 溶 含水系统三 种 类 型 。 ［１，２］ 花 岗 岩 地 区 的 地 下 水 主 要分属裂隙含水带这一类型。作为粗粒结晶的花 岗 岩 ，风 化 裂 隙 最 为 发 育 ，而 风 化 带 下 部 未 风 化 的 基 岩 ，构 成 隔 水 底 板 ，所 以 风 化 裂 隙 中 通 常 赋 存 有 潜水，但 风 化 裂 隙 含 水 层 往 往 厚 度 不 大，规 模 有 限；而花岗岩在构 造 运 动 过 程 中 受 力 产 生 的 构 造 裂 隙 ，尤 其 是 张 性 裂 隙 ，往 往 具 有 较 好 的 含 水 性 和 导水性，是在严重 缺 水 花 岗 岩 地 区 寻 找 地 下 水 的 主要目标。地下 不 同 岩 层 电 阻 率 不 同，同 种 类 型 的岩层受到构造 破 坏，含 水 或 泥 质 充 填 后 电 阻 率 也不相同，高 密 度 电 法 和 ［３］ 音 频 大 地 电 磁 法 均 ［４］ 是利用电阻率差异来探测地下水源的地球物理勘 查 方 法 。 高 密 度 电 法 操 作 简 单 、分 辨 率 高 ，但 探 测 深 度 浅 ，布 线 容 易 受 场 地 限 制 和 地 形 影 响 ；音 频 大 地 电 磁 法 具 有 施 工 方 便 、探 测 深 度 大 等 优 点 ，但 也 存在抗干扰 能 力 差，分 辨 率 较 低 的 缺 点。 笔 者 综 合运用这两种勘查方法在湖南衡阳花岗岩地区进 行地 下 水 探 测，取 长 补 短，取 得 了 良 好 的 勘 查 效 果。
图１ 为 高 密 度 电 法 的 装 置 示 意 图 （温 纳 装 置），其中 Ｃ１、Ｃ２为 供 电 电 极，Ｐ１、Ｐ２为 接 收 电 极， 且 Ｃ１Ｐ１＝Ｐ１Ｐ２＝Ｐ２Ｃ２；在数据采集过程中，多 路 电极转换器通过 转 换 数 据 采 集 层 数、改 变 供 电 电 极和接收电极之 间 的 距 离，以 完 成 由 浅 到 深 的 电 阻率 测 量，从 而 最 终 完 成 所 需 的 剖 面 数 据 采 集 。 ［６，１２－２１］
在实际探测过程中对高密度电法进行装置选 择 时 ，应 综 合 考 虑 地 质 体 的 横 向 和 垂 向 变 化 ，并 结
图 １ 高 密 度 电 阻 率 法 勘 探 系 统 示 意 图 （温 纳 装 置 ） Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ
ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ （Ｗｉｎｎｅｒ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）
岩 体 节 理 较 发 育 ，主 要 有 三 组 ，其 产 状 分 别 为 １８５°∠８７°，６５°∠８５°，９５°∠８０°。
在工作区东侧小溪边见到一条小规模平移正 断裂，断层走向 ＮＥ６０°∠２４０°，倾角 ８０°～８５°。 但 断 层 面 较 窄 ，没 有 形 成 宽 的 破 碎 带 ，只 形 成 小 规 模 的悬 崖，与 溪 水 的 沟 通 性 较 差，仅 具 有 裂 隙 状 沟 通。
有数据量较少，对 断 层 一 类 的 近 似 垂 向 结 构 分 辨
率比较低的缺点，效 果 不 如 温 纳 － 施 伦 贝 尔 装 置 好 。 ［８］ 本区找水使用高密度电法主要是想利 用 其
垂向分辨率高的 特 点 勘 查 风 化 层 厚 度，评 估 寻 找
风化壳型地下水 的 可 能 性，同 时 兼 顾 断 裂 破 碎 带