不同地质环境条件下储水构造探测技术方法识别——以张北为例.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW492不同地质环境条件下储水构造探测技术方法识别以张北为例一宋绵1,2,3)，龚磊1,2)，王新峰1,2)，马学军1,2)，于蕾1,2)，罗璇1,2)1）中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定，071051；2）中国地质调查局地下水勘查与开发工程技术研究中心，河北保定，071051；3）河北地质大学河北省水资源可持续利用与产业结构优化协同创新中心，石家庄，050031注：本文为河北省水资源可持续利用与产业结构优化协同创新中心开放基金资助项目(编号：XTZX202109)、中国地质调查局地质调查项目(编号：DD20190259、DD20230544)的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.219作者简介：宋绵，女，1988 年生，硕士，高级工程师，主要从事基岩山区水文地质调查与研究等工作；Email：。通讯作者：龚磊，男，1987 年生，硕士，高级工程师，主要从事基岩山区水文地质调查与研究等工作；Email：。关键词：关键词：储水构造；探测技术；张北张北县含水岩组主要为第四系孔隙含水岩组、新近系熔岩裂隙孔洞含水岩组、碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组和岩浆岩变质岩裂隙含水岩组。研究区地下水空间分布极不均匀，含水介质多，地下水的自我调节能力差，并且受研究区地形起伏以及风力发电装置等外界环境影响，给当地储水构造探测造成一定困难。通过高密度电阻率法、激发极化法、瞬变电磁法（TEM）和可控源音频大地电磁法(CSAMT)的合理有效组合，提高储水构造空间分辨能力，推断研究区地下水补给循环模式，为找水定井工作提供了有力支撑。1张北县储水构造特征张北县储水构造类型主要包括花岗岩构造裂隙型和玄武岩孔隙、裂隙、孔洞型两种（邓启军等，2020）。张北县花岗岩构造裂隙水通常水位埋深浅，一般 20 m，基岩出露或浅埋，一般埋深小于 40 m，裂隙主要发育于埋深 150 m 以浅。张北县花岗岩储水探测方法以高密度电阻率法和激发极化法组合应用效果最佳，查明断层空间分布特征及富水性。多期次喷发的玄武岩不同喷发期次间玄武岩顶、底界面发育的气孔和风化裂隙为地下水提供了良好的储水空间（罗璇等，2020；刘春伟，2023）。张北县玄武岩孔隙、裂隙、孔洞型储水构造主要是查明地层结构，根据探测目标体的埋深情况，可以采用高密度电阻率法、瞬变电磁法（TEM）和可控源音频大地电磁法(CSAMT)。张北县玄武岩分布区浅部通常存在泥岩，厚度约 4060 m，其电阻率小于 10 m。当浅层泥岩厚度小于 40 m 时，高密度电阻率法适用；当浅部泥岩厚度大于 60 m 时，可选用 CSAMT 法或 TEM法，因 CSAMT 法视电阻率曲线极值点与地层结构特征对应关系较明确，可首选 CSAMT 法。当浅部泥岩厚度介于是 4060 m 之间时，视电磁干扰情况，可从上面 3 种方法中任选其一。若在紧邻风电区开展工作，选择高密度电阻率法；或风电非工作日，可采用电磁法类方法开展工作。2找水实例2.1水文地质条件张北县两面井乡主要出露地层从老至新为前寒武系蒙古营子组变质花岗闪长岩，白垩系南天门组砂、泥岩（部分地区缺失），中新统开地坊组砂、泥岩和中新统汉诺坝组玄武岩，主要含水层为中新统开地坊组砂岩孔隙裂隙水，目前有两眼供水井，总涌水量 400m3/d。水文地质钻孔资料揭示该区变质岩风化裂隙发育，但受上覆泥岩影响降雨入渗量不足，富水性差、不足以形成具有供水意义的储水构造。2.2找水方向研究区新近系和白垩系地层主要为湖相沉积环境，岩性以泥岩为主，不具有供水意义，但湖相沉积中的滨湖相、局部发育的河流相沉积物，岩性以砂岩或砂砾岩为主，岩性条件好、成岩性差、孔地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1493隙发育，具有良好的储水构造条件。物探资料揭示该区局部玄武岩厚度约 2040m 左右，若玄武岩孔隙和成岩裂隙发育，则是良好的储水构造。蒙古营子组花岗闪长岩在埋深浅、构造裂隙发育的条件下，张性断层的构造破碎带将是好的储水构造。综合分析，此区找水方向为：砂岩或砂砾岩组成的碎屑岩孔隙含水层、玄武岩孔隙裂隙含水层和花岗闪长岩构造裂隙脉状含水层。2.3工作方法选择选择以高密度电阻率法为主，快速划分基底浅埋和深埋区以及玄武岩厚度的变化规律。基底深埋区采用音频大地电磁法（AMT 法）详细勘探，进一步明确基底顶板埋深以及开地坊组沉积厚度变化。高密度电阻率法，采用重庆奔腾数控技术研究所生产的 WDJD-4 多功能电法仪，电极距 10 m、排列长度 900 m、温纳装置。AMT 法，采用美国 Geometrics 公司生产的EH-4 电导率成像系统，标量连续剖面测量方式，电极距 15 m 或 10 m。激发极化法，采用重庆奔腾数控技术研究所生产的 WDJD-4 多功能电法仪，电极距 10 m、排列长度 900 m、温纳装置。2.4工作布置本次同时兼顾寻找碎屑岩孔隙，玄武岩孔隙、裂隙，花岗闪长岩断层储水构造，测线均布设在玄武岩垅岗北侧垅岗边缘或靠近其边缘位置。考虑张北县主要断裂构造走向为 NE 或 NW，物探测线在考虑地形地物的条件下，以近南北向为主（图 1a）。2.5资料分析AMT 法线（图 1b）和高密度电阻率法线（图1d）勘查结果揭示：玄武岩沿北东方向发育，长约40 m，底板埋深达 50 m，厚度约 40 m。AMT 法线勘查结果（图 1c）揭示：变质岩基底顶板埋深基本稳定，约 90 m；沿 AMT 法线北西方向发育长约 260 m，玄武岩埋深约 3040 m，厚度可达 30 m。根据 AMT 和高密度电阻率法布置两个激电点，根据激电点的电反射系数法计算结果证明高密度电阻率法对玄武岩东南边界刻画的正确性，较精准地分辨了玄武岩下伏砂岩厚度。综合多条测线的勘探成果，可知：（1）在研究区南侧存在 NS 向长约 60 m、NE向长约 40 m、NW 向长约 260 m，厚约 2050 m 的浅埋玄武岩，其电阻率值小于 100 m，推测该层玄武岩孔隙、裂隙发育，富水性好，是良好的储水构造。（2）地下水水位以下玄武岩连片分布区位于湖相沉积物沉积厚度变化（薄至厚）的边缘区域，推测玄武岩之下可能存在滨湖相沉积的砂砾岩。（3）井位定于玄武岩厚度最大的高密度电阻率法线 500 m 处，孔深 180 m，主要揭露玄武岩含水层及其下伏滨湖相砂岩。2.6钻探验证钻孔井深 180 m，基底埋深 90 m 左右，主要含水层为浅埋玄武岩和薄层砂砂砾岩，有效厚度 52m，该孔静水位 12.5 m，抽水试验降深 18 m 的情况下，单井涌水量可达 528 m3/d，水质测试结果为锶型矿泉水(pH：8.10，Sr：0.56 mg/L，TDS：445.5mg/L)。3储水构造识别本次工作揭示了张北县储水构造富水性与电阻率特征的关系。张北地区玄武岩孔隙储水构造的电阻率值响应范围 50100 m，富水性较好；电阻率值高于100 m 时，玄武岩致密，孔隙、裂隙不发育，蓄水空间小；电阻率值低于50m 时，主要为玄武岩与泥岩互层的地质结构，以泥岩为主，富水性较差。花岗岩构造裂隙主要含水部位由张性或张扭性断层控制，通常富水断层破碎带比围岩电阻率低两倍。参考文献/References邓启军,李伟,朱庆俊,马雪梅,何锦,马学军,罗旋.2020.河北坝上张北县玄武岩区蓄水构造特征与找水实践.地质通报,39(12):18991907.刘春伟,胡彩萍,李传磊,刘帅,李波,吴璇,刘小天.2023.岩浆岩与变质岩分布区蓄水构造模式浅析以胶东地区为例.地质论评,69(2):526532.罗旋,朱庆俊,于蕾,连晟,卢放.2020.综合电法在张北县玄武岩孔洞水勘查中的应用.地质调查与研究,43(3):251257.地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1494SONG Mian，GONG Lei，WANG Xinfeng，MAXuejun，YU Lei，LUO Xuan：Identification of water storagestructure detection techniques under different geologicalenvironment conditions:Acase study in ZhangbeiKeywords：water storage structure；detection techniques；Zhangbei图 1 剖面线分布图(a)、AMT 法线勘查结果图（b）、AMT 法线勘查结果图（c）及高密度电法线勘查结果图（d）