高密度电法在赣东地区矿泉水勘查中的应用有效性分析.pdf

能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)收稿日期：2023-02-09基金项目：江西省地质勘查基金项目第一作者：黄小伟（1987），男，工程师，本科，主要从事物探相关技术工作。E-mail：引用格式：黄小伟.高密度电法在赣东地区矿泉水勘查中的应用有效性分析J.能源研究与管理,2023,15(2):127-132,139.摘要：矿泉水的赋存大多与地下控水构造密切相关，在矿泉水勘查过程中，高密度电法作为众多物探方法的一种，其方法的有效性还有待进一步的验证。为了验证高密度电法在矿泉水勘查中的有效性，通过实地的测网布置，进行高密度外业数据采集、处理、反演和解释。最终圈定了6处矿泉水靶区，圈定的靶区都有一个共性，即在反演解释图上都呈低阻条带状分布，结合地质资料分析推断为断裂破碎带，进一步证明在花岗岩地区矿泉水的赋存和断裂破碎带有密切关系，在6处矿泉水靶区中提供了有效推荐孔位5处，并在推荐孔位进行钻探验证，最终有4处钻孔出水，因此通过高密度电法圈定矿泉水靶区的准确率在80%左右，实践证明高密度电法在矿泉水勘查中是一种十分有效的物探方法，为勘察过程中圈定靶区、钻探定孔提供精准的技术支撑。关键词：矿泉水；高密度电法；控水构造；反演；赣东地区中图分类号：P631.3文献标志码：B文章编号：20967705（2023）02012706HUANG Xiaowei（Geological Environment Monitoring Institute of Jiangxi Geological Survey andExploration Institute,Nanchang 330001,China）The occurrence of mineral water is mostly closely related to underground water control structures.In the process ofmineral water exploration,high-density electrical method is one of many geophysical methods,and its effectiveness needs tobe further verified.In order to verify the effectiveness of high-density electrical method in mineral water exploration,high-density field data acquisition,processing,inversion and interpretation are carried out through field survey networklayout.Finally,six mineral water target areas were delineated,and all of them had a common feature,that is,they weredistributed in low resistivity bands on the inversion interpretation map,and were inferred as fracture zones based on theanalysis of geological data,which further proved that the occurrence of mineral water in the granite area was closely related tothe fracture zone.Five effective recommended hole site were provided in the six mineral water target areas,and therecommended hole site were verified by drilling.Finally,four holes were drilled out,Therefore,the accuracy of delineatingDOI：10.16056/j.2096-7705.2023.02.019高密度电法在赣东地区矿泉水勘查中的应用有效性分析黄小伟（江西省地质调查勘查院地质环境监测所，南昌330001）开发与应用127窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)引言在地质勘查找水领域，勘查手段多种多样，而物探作为一种地面勘查的间接找水手段正在被广泛的应用1。物探方法按照原理不同有多重方法，其中高密度电法作为常规电法的升级版，在水库坝基和防洪大堤隐患排查、寻找断裂带及陷落柱、山体滑坡、煤矿采空区等工程地质勘探，金属与非金属矿产资源勘探，城市物探，铁道桥梁勘探等领域有着广泛有效的应用2，但在对矿泉水勘查有效性上有待进一步验证，带着这个问题，以赣东某矿泉水勘查区为研究区，进行了高密度电法的野外数据采集，以及对采集数据的处理和反演成图，结合研究区地质资料进行推断解释，圈定含水异常区3，推荐有效孔位进行钻探验证，最后根据钻探结果验证方法的有效性。通过对以往物探地质资料的收集分析可知，研究区内未进行过较为详细的物探工作，仅在区域上完成了1颐50万区域重力测量、1颐50万航磁测量和区域物性调查通过这些工作，较全面地调查了区内地层、构造和岩浆岩的重磁异常及物性特征，为矿泉水勘查工作提供了重要依据。对研究区内主要导水、储水断裂构造进行精确定位，从1颐50万区域重力测量和1颐50万航磁测量资料可知，上述物探法对区域上的大断裂带反映良好，但对次级构造的分辨率较低，且无法对含水断裂构造与非含水断裂构造进行区分。区域物性资料表明，勘查区内加里东期花岗岩具有较高的电阻率特征，得益于地下水的渗入，该时期岩体内断裂构造可能具有较低的电阻率，由此可推测，勘查区内具有开展电法找水的物性基础。近年来随着高密度电法在地质找矿、工程勘查等领域的应用越来越广泛，利用高密度电法找水的应用研究也越来越多，如张彪等4发表的综合物探方法在花岗岩严重缺水地区找水勘查中的应用，证实了高密度电法在花岗岩地区找水应该以一定规模的含水张性断裂为主要方向；曹新文等5发表的山东蓬莱玄武岩覆盖区高密度电法找水效果分析，结果表明在玄武岩地区高密度是一种有效的找水方法；雷廷等6发表的高密度电阻率法在无锡地区找水中的应用，证实了高密度电法在无锡地区找水的可行性，这些研究成果都从高密度电法的应用适应性和可行性角度进行了详细的研究论证7-16，但在实践中的方法有效性研究的并不多，基于此，本文就赣东某矿泉水勘查研究区来在实践中研究高密度电法的方法有效性。由高密度电法的原理可知，理论上对大断裂带的次级构造有着良好的异常反映，且对含水断裂构造和非含水断裂构造能进行有效的区分，这是以前重力测量和航次测量所不能达到的效果，期望根据最终推荐的钻探孔位出水情况进一步在实践中验证高密度电法在矿泉水勘查中的有效性。1研究区概况研究区位于江西省黎川县县城北西约3 km处，行政区划由江西省黎川县日峰镇管辖。地理坐标（2000国家大地坐标）东经116毅52 24116毅5645,北纬27毅18 5527毅21 23，研究区共布置5条测线（WT1WT5），测点720个，测线总长度7150 m。测线布置图如图1所示。2研究区地质、地球物理概况2.1区域成矿背景区域大地构造位置处于武夷隆起带，属于1图 1高密度电法测线布置图Fig.1High-density electrical survey line layoutthe mineral water target area by high-density electrical method is about 80%.Practice has proved that high-density electricalmethod is a very effective geophysical prospecting method in mineral water exploration,providing accurate technical supportfor delineating the target area and drilling the hole during the exploration process.mineral water;high-density electric method;hater controlling structure;inversion;Eastern Jiangxi开发与应用128窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)桃山中低山裂隙水（区）亚区，区域上已发现黎川日峰、资溪乌石、资溪株溪、宁都河源等矿泉水水源地，主要以偏硅酸矿泉水为主，其中黎川日峰为1处小型矿泉水（出水量为96.5 m3/d）紧邻本次研究区，研究区出露大片的加里东期的付坊序列二长花岗岩、中细粒黑云母英云闪长岩及早白垩世岩背序列花岗斑岩，其SiO2质量分数分别为72.08%、68.54%、75.94%，具有高硅的地球化学背景，区域上发育北东向与北西向断裂构造，为区内重要储水、导水构造，具有良好的矿泉水成矿地质背景。2.2区域地层岩性区域内分布南华系、震旦系变质岩系，构成区内褶皱基底构造层，分布在朱沅、潭市、资福村、熊家排一带，地层走向一般为北西、北东。白垩系为陆相红盆沉积，沉积了白垩系河口组，为内陆盆地砾岩、砂砾岩、砂岩与粉砂岩、泥岩沉积，主要出露在北部的黄武潭一带。第四系为全新统联圩组地层和现代河流冲积相及残坡堆积。2.3研究区地层研究区地层自新至老主要有第四纪联圩组（Qh1-2）、南华纪早世万源岩组Nh1（见图2），具体岩层描述如下：1）第四系冲积层（Qh1-2）：主要分布于勘查工作区黎滩河沟谷，地层二元结构明显，上细下粗，总厚度一般5 m左右。上部为粉质粘土，黄褐、灰黄色，可塑状，厚约3 m；下部为砂砾石层，黄色以中粗砂为主，砾石质量分数在25%30%间，成分以石英质为主，砾径多34 mm，底部含少量卵石，结构松散，透水性强、含水性较好。2）万源岩组Nh1：主要分布勘查区北东部，其下部岩性主要为石榴石黑云斜长变粒岩、矽线石斜长变粒岩夹矽线石二云片岩、矽线黑云片岩之变质地层体。2.4地质构造区域位于武夷隆起带，上经历了东南造山带形成阶段、陆内强烈造山阶段、赣鄱盆岭系形成阶段3个重要地史发展阶段，研究区褶皱及断裂构造较发育，褶皱多以近北东向线形褶皱为主，断裂总体为北东向、北东东向、近东西向断裂为主，少量的北西断裂构造，其中北东向断裂、北东东向断裂与成矿关系密切，是重要的储水构造。1）褶皱。研究区褶皱主要表现为以近北东向线形褶皱为主，组成该单斜的地层为南华系-震旦系的万源岩组、洪山组浅变质岩系。此外，由于地层强烈挤压变形，局部形成一些层间小褶曲。2）断裂。研究区断裂构造较发育，按走向分为北东向、北西向及北东东向3组。从形成时间上来看，北东向和北东东向断裂带形成时间最早，北西向断裂带最晚，与矿泉水成因密切的主要为北东向断裂构造，为区内的储水断裂；北西向断裂为导水断裂。区域上共见5条断裂构造。2.5岩浆岩勘查区及周边存在多期岩浆侵入活动，勘查区内出露的岩浆岩主要为早志留世付坊序列的中细粒图 2研究区地质简图Fig.2Geological sketch of the study area开发与应用129窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)3工作方法原理和质量评价3.1高密度电法原理高密度电法是常规电阻率法的一种，在常规电法的基础上一次布置多道电极，利用电极转换器装置实现有规律的自动跑极。这种方式大大提高了野外数据采集效率，增加了剖面数据密度，由于是常规电法的一种，它也是以地下地层电性差异为基础的一种物探方法，过、电极往地下供以电流，在接收电极、之间测量电位差驻，进而算出该点（、之间）的视电阻率值s=驻/，其中，为仪器装置系数，方法原理见图3。以实测的视电阻率剖面进行分析计算,继而得到地下电阻率分布情况，然后依据电阻率大小划分地层，圈定异常2。3.2研究数据质量评价根据规程规范中质量评价的相关要求计算该测点（站）的均方相对误差。均方相对误差的计算方法3为：=依(12/=1移2)1/2(1)=渣s,s,渣/s,伊100%(2)式中：为均方相对误差；为参加统计计算的数据个数；为诸受检点的相对误差（第个参加评定的单个极距的相对误差）；s,为第 点原始观测数据（第 个数据的原始观测值）；s,为第 点系统检查观测数据（第 个数据的系统检查观测值）；s,为s,与s,的平均值。经计算本次高密度电法测量均方相对误差为时 代序列代 号岩 性同位系年龄/Ma备注早白垩世岩背序列酌仔K1花岗斑岩-竹畲、南付西坑早志留世付坊序列浊酌S11二长花岗岩-联盟村、裘坊乡酌啄紫S11中细粒黑云母英云闪长岩436依4（U-Pb）连源村、点山村、荆沅表 1工作区及周边区域岩浆岩Table 1Magmatic rocks in work area and surrounding area岩矿石名称样数/块电阻率/(赘m)备注均值变化范围二长花岗岩441 3568363 012十字村竹畲花岗斑岩101 2587493 515十字村竹畲、上蔡，点山村南付中细粒黑云母英云闪长岩161 5439734 788十字村上蔡，点山村南付表 2研究区及周边地区电阻率特征统计Table 2Statistical of resistivity characteristics in the study area and surrounding areas黑云母英云闪长岩与二长花岗岩、早白垩世岩背序列的花岗斑岩，特征见表1，与矿泉水成因关系密切的为早白垩世岩背序列的花岗斑岩及早志留世付坊序列的中细粒黑云母英云闪长岩与二长花岗岩，为区内的主要含水岩组。2.6研究区电性特征研究区的电性层大致分2层，表层第四系电阻率较复杂，电阻率范围较广，一般为几十至几千欧姆米，黏土则一般100赘m。下部基岩主要为花岗岩，电阻率普遍较高，一般在几十至几万欧姆米之间。依据 江西省区域岩石物性数据手册 及踏勘采集的岩石标本物性测定数据（详见表2）统计出的物性数据，当基岩中裂隙比较发育或存在含水断裂构造时，由于裂隙中地下水的充填或构造破碎带的产生，将导致充填地下水的构造破碎带呈现出较围岩电阻率低的电性特征。高密度电法反演彩色成果图中会出现明显的下凹低阻异常或低阻异常条带。研究区内加里东期花岗岩电阻率均值在7494 788赘m之间，而断裂构造内裂隙发育变化较大，含水量大小不一，造成断裂构造内部电阻率均值波动较大，从电性特征上看，研究区具有通过高密度电法寻找含水断裂构造的物性基础。图 3方法原理简图Fig.3Schematic diagram of method驻开发与应用130窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)1.92%，满足I级精度要求（臆3%），符合规范中的质量评价标准。4资料解释与方法有效性分析4.1资料解释根据高密度电法的技术要求和解释原则，对本次物探工作的5条测线剖面进行分析解释和推断。在研究区布置了3条纵线（WT1、WT2、WT3）和2条横线（WT4、WT5），5条测线反演图（见图4）显示在第四系下伏为高阻基岩，根据已知地质资料显示测线下伏地层为志留纪付坊系列二长花岗岩，为一套高阻花岗岩地层，这与反演成果图显示基本一致。基于这些认识，5条测线具体推断分析如下。在WT1线465620 m之间有1条明显呈Y字图 4高密度电法 WT1WT5 线解释成果图Fig.4Interpretation results of High Density Electrical Method WT1-WT5 Line（d）WT4线（c）WT3线（b）WT2线（e）WT5线（a）WT1线里程/m里程/m里程/m里程/m里程/m开发与应用131窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)异常区序号涉及测线异常特征里程位置/m倾向倾角/(毅)推荐孔位孔位位置1WT1断裂破碎带465490北西801测线520 m处2WT1断裂破碎带600620南东503WT2断裂破碎带670700南东602测线620 m处4WT3断裂破碎带420440南东70无无5WT3断裂破碎带530550北西753测线570 m处6WT4断裂破碎带920970南西604测线880 m处7WT5断裂破碎带700725南西605测线670 m处表 3研究区断裂破碎带异常区分布Table 3Distribution of abnormal areas of fracture zone in the study area型的低阻异常，根据下凹低阻异常形成的特征，结合地质资料推断低阻异常为含水断裂破碎带引起，形态上表现1条近直立状，另1条倾向南东，倾角约为50毅，2条破碎带于埋深约50 m位置汇合到一起，在剖面形态上呈“Y”字型，根据低阻异常形态，推荐孔位1在测线520 m处。在WT2线670700 m处有1条倾向小号的低阻异常条带，宽约24 m，根据低阻异常的形态，结合地质资料推测为1条含水断裂破碎带，倾向南东，倾角约60毅，根据低阻异常形态，推荐孔位2在测线620 m处。在WT3线420440 m处有1处下凹的低阻异常区，宽约20 m，根据低阻异常的形态，结合地质资料推测为1条含水断裂破碎带，倾向南东，倾角约70毅。在WT3线530550 m处有1条下凹的低阻异常带，宽约20 m，根据低阻异常形成的特征，结合地质资料推测为1条含水断裂破碎带，宽约35 m，倾向北西，倾角约75毅，根据低阻异常形态，推荐孔位3在测线570 m处。在WT4线920970 m处有1条下凹的低阻异常带，宽约50m，根据下凹低阻异常形成的特征，结合地质资料推测为1条断裂破碎带，倾向南西，倾角约60毅，根据低阻异常形态，推荐孔位4在测线880 m处。在WT5线700725 m处有1条下凹的低阻异常带，宽约25m，根据下凹低阻异常形成的特征，结合地质资料推测为1条含水断裂破碎带，倾向南西，倾角约60毅，根据低阻异常形态，推荐孔位5在测线670 m处。4.2方法有效性分析研究区完成高密度电法测线5条，测点720个，总长度7 150 m。通过对野外采集的数据进行处理结合地质资料进行分析推断，共发现断裂破碎带7条，推荐孔位5个，最终经钻孔验证出水孔位4个，具体统计数据详见表3，因此通过高密度电法圈定矿泉水靶区的准确率在80%左右，实践证明高密度电法在矿泉水勘查中对圈定靶区、为下一步钻探布孔是一种十分有效的物探方法。第四系及风化层因含水量较高、电阻率较低，与下伏的高阻基岩在电性特征上对比较为明显，因此分界面在反演图上可以确定，继而算出第四系及风化层厚度，根据断面解释图统计测区第四系及风化层厚度最薄处约为3 m，最厚处约为43 m。5结论1）矿泉水的赋存和地质控水构造关系密切，圈定的7处含水异常区均为断裂破碎带，在7处断裂破碎带上确定了5个推荐孔位，最终通过钻探验证有4个孔位达到出水要求，出水概率达80%，说明高密度电法在矿泉水勘查的实际的研究中是一种十分有效的物探方法。2）由于研究区局部基岩裸露，接地条件有限，干扰因素较多，给物探工作布置及物探资料的解释带来了一定的困难，可能导致解释的异常在平面位置和深度存在一定误差。3）因本次采集数据有限，仅就1个地区证实了高密度电法在矿泉水勘查中的有效性，但不同区域地层构造各有不同，岩层的电性参数也不尽相同，高密度电法还需要在不同地层构造的区域进行验证，通过更多的数据统计以证实其方法普遍有效性。参考文献1董浩斌,王传雷.高密度电法的发展与应用J.地学前缘,2003(1):171-176.2邓启军.大汶河流域基岩山区构造控水及找水方向研究D.（下转第139页）开发与应用132窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)北京:中国地质大学,2020.3张胜业,潘玉玲.应用地球物理学原理M.北京:中国地质大学出版社,2004.4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(4):501-507.5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):2528-2534.6雷廷,田福金,葛伟亚,等.高密度电阻率法在无锡地区找水中的应用J.能源研究与管理,2020(1):80-82.7孟永东,张伟杰,蔡征龙,等.滑坡体降雨入渗的高密度电法模型试验研究J.地球物理学进展,2022(6):1-15.8李强,张晓峰.高密度电法在工程岩溶勘探中的模拟与应用J.能源研究与管理,2020(4):111-115,120.9唐塑,武银婷,邢浩,等.高密度电法与瞬变电磁法在戈壁区找水的联合应用J.CT理论与应用研究,2023年,32卷(1期):27-34.10李聪,张文科,赵军.综合物探法在青海省海东市后备水源地勘查中的应用J.能源与环保,2022,44(11):85-90.11朱钦银.综合物探方法在地质找矿中的应用J.有色金属设计,2022,49(3):113-116.12 HUANG Zhengjun,ZHANG Lei,LIANG 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