2020, Vol. 29
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自2016年以来，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心在山东省陆续开展了多幅1: 5万水文地质调查工作；山东省地质矿产勘查开发局先后承接了颜庄幅、大汶口幅、新泰新汶幅等水文地质调查工作.在揭示区域水文地质规律，查找与地下水有关的地质环境问题，提高水文地质调查程度和研究水平的同时，钻探了多眼探采结合井.探采结合井在满足水文地质调查的情况下，多部署在能解决实际民生问题的地区.花岗岩地区地质条件复杂，成井难度大，对物探找水定井提出了更高的要求[1-14].
依据不同地下水含水岩组类型，相对应的地下水类型可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和岩浆岩变质岩类裂隙水[15-19].花岗岩地区属裂隙水类型，地下水相对贫乏，变化较大，采用单一的物探方法难以满足找水需求[20-24].本次颜庄幅、大汶口幅水文地质调查定井工作采用了综合电法对地下水进行勘查，通过后期钻探验证，取得了良好的效果，积累了在花岗岩等类似复杂地区找水的经验[25-26].
1 方法选择原则花岗岩地区较其他岩性地区有其特殊性，在花岗岩地区找水物探工作需要解决两方面的问题：1）寻找风化破碎、断裂等蓄水部位；2）判断其富水性.常用的物探找水方法有多种，本次水文地质调查依据调查区实际情况采用了综合电法即高密度电法、激发极化电法相结合，在水文地质工作选定靶区的基础上，首先进行高密度剖面测量确定断裂构造或较大破碎、裂隙的平面位置及破碎发育深度，初步选定钻井位置，然后在选定位置附近开展激电测深工作，进一步确定含水层的埋藏深度，综合分析其富水特性.
2 使用仪器与参数选择 2.1 高密度电法使用仪器与参数高密度法勘查工作使用重庆奔腾数码研究所生产的WGMD-9超级高密度电法系统.该系统数据采集可靠，反映的地电信息丰富，一次布极可完成一种或多种装置的测量工作.
装置形式选用温纳装置，电极距5 m，隔离系数19.
2.2 激发极化法使用仪器与参数本次工作使用重庆地质仪器厂生产的DZD-6多功能直流电法（激电）仪，可自动测量并存储电压、电流、视电阻率及自然电位参数，利用视电阻率法和激发极化法的有关参数，广泛用于地下水资源勘查中.
工作中采用AB : MN=5 : 1的对称四极等比装置，最小AB/2=3.5 m，最大AB/2=500 m.具体极距排列如下：
AB/2=3.5，5，7，10，14，20，28，38，50，65，80，100，130，170，220，280，350，420，500 m. MN/2=0.2AB/2.
供电时间30 s，供电周期70 s，工作期间开工与收工不极化电极自电电压不超过2 mV.
3 应用实例 3.1 颜庄幅龙子峪村水文定井1）地质及地球物理特征
拟定井区域位于龙子峪村东北刘家庄水库西侧的丘陵地带（图 1），为厚风化层.工作区大面积出露火成岩体，岩性单一，为条带状中粒二长花岗岩，周围无井.正常条件下，完整的二长花岗岩视电阻率较高，为1000~10000 Ωm.岩石风化破碎后视电阻率降低，明显低于完整岩石的电阻率，呈低阻异常.异常处为物探定井重点区域.
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图 1 龙子峪地区地质概图 Fig.1 Geological sketch map of Longziyu area 1-辉绿岩（diabase）; 2-中细粒变辉长岩（medium-fine grained metagabbro）; 3-中粒二长花岗岩（medium-grained monzogranite）; 4-条带状中粒二长花岗岩（banded medium-grained monzogranite）; 5-中粒含黑云二长花岗岩（medium-grained biotite-bearing monzogranite）; 6-断裂（fault）; 7-工作区（work area）; 8-物探测线（geophysical survey line）; 9-拟定孔位（proposed hole position）; 10-水库（reservoir） |
2）物探工作布设及资料解释
依据场地条件布设2条近东西向测线，编号为L1、L2.剖面总长度900 m，点距5 m.
对高密度数据采用瑞典RES2DINV程序进行反演后发现L1线低阻异常最明显.从L1线高密度电法原始剖面和反演剖面对比图（图 2）可以看出，整条剖面从浅部至深部ρa值表现为由低逐渐变高的特征，在剖面160~460 m间，深度0~90 m为低阻反映；剖面0~160 m、460~600 m间表现为相对高阻反映.在低阻向下延伸最深处岩石相对较破碎，并具一定的含水性.
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图 2 L1线视电阻率等值线断面图 Fig.2 Profile of apparent resistity isoline along L1 line |
结合场地实际情况，建议在剖面L1线280 m附近开展激电测深工作，进一步分析判断其含水特性.
(3）钻孔位置确定与含水层埋藏深度分析
图 3为L1剖面280 m处激电测深曲线.电测深曲线在AB/2=28~80 m低缓上升；视极化率M1在AB/2=28~80 m为上升段，数值相对较高，在AB/2=80~280 m视极化率M1上升较陡，推断该段含硫化物成分；半衰时Th在AB/2=14~130 m间出现较明显高值，综合分析推测在28~80 m为岩石主要破碎、含水段.依据本区域经验系数（选取0.75），经深度校正后岩石主要破碎、含水段为20~60 m区间.
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图 3 拟定孔位处激电测深曲线图 Fig.3 IP sounding curves of proposed hole position |
建议拟定钻孔布置在L1剖面280 m处，深度100 m为宜.
4）钻探验证情况
该孔钻探深度100 m，揭露岩性为二长花岗岩，岩石风化强烈，全孔岩心破碎，单孔涌水量7 m3/h，基本可以满足附近农田灌溉需求.
3.2 大汶口幅彩山村水文定井1）地质及地球物理特征
拟定井区域位于磁窑镇彩山村西.第四系较薄，为10~20 m.村南有近东西向分布冲沟，冲沟南侧为弱片麻状中粗粒黑云角闪石英闪长岩.冲沟北侧地层为细粒二长花岗岩，分布若干大口井，无深井.本次定井重点区域选在冲沟处岩性变化界面附近.
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图 4 彩山地区地质概图 Fig.4 Geological sketch map of Caishan area 1-细粒二长花岗岩（fine-grained monzogranite）；2-中粗粒变角闪辉长岩（medium-and coarse-grained metahornblende gabbro）；3-含黑云花岗闪长岩（biotite-bearing granodiorite）；4-中粗粒角闪石英闪长岩（medium-and coarse-grained hornblende quartz diorite）；5-工作区（work area）；6-物探测线（geophysical survey line）；7-拟定孔位（proposed hole position）；8-水库（reservoir） |
2）物探工作布设及资料解释
拟定井区域共布设高密度测线2条，分别为CS-1线、CS-2线，近南北向布设，剖面长度500 m.对高密度数据采用瑞典RES2DINV程序进行反演后发现CS-2线低阻异常最明显，从CS-2线高密度电法原始剖面和反演剖面对比图（图 5）可见，自浅部至深部视电阻率值逐渐变大，为第四系和基岩反映.其中，CS-2线水平位置220~320 m区域垂向上视电阻率等值线呈高阻-低阻-高阻之变化趋势，整体呈U型低阻异常，推测该部分岩石较破碎，岩性有变化.结合后期钻孔资料可知，高阻部分对应花岗岩地层，低阻部分对应闪长岩地层.
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图 5 CS-2线视电阻率等值线断面图 Fig.5 Profile of apparent resistivity isoline along CS-2 line |
结合场地实际情况，建议在剖面CS-2线280 m附近开展激电测深工作，进一步分析判断岩性界面含水特性.
3）钻孔位置确定与含水层埋藏深度分析
图 6为CS-2剖面280 m处激电测深曲线，电测深曲线在AB/2=65~220 m低缓上升，对应视极化率M1和半衰时Th同步上升，数值相对较高.综合分析推测在AB/2=65~220 m为岩石主要破碎、含水段.依据本区域经验系数（选取0.7），经深度校正后岩石主要破碎、含水段为45~150 m区间.
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图 6 拟定孔位处激电测深曲线图 Fig.6 IP sounding curves of proposed hole position |
建议拟定钻孔布置在CS-1剖面280 m处，深度150 m为宜.
4）钻探验证情况
该孔钻至104 m后岩石破碎塌孔严重，无法成井，终孔深度108.3 m.揭露岩性45 m以浅为二长花岗岩；45~105 m为闪长岩，岩心破碎；105 m以下为二长花岗岩.含水层段与物探推测较吻合，主要出水点集中在岩性变化界面处和风化闪长岩内，单孔涌水量大于15 m3/h，远远超出预计出水量，可以满足附近农田灌溉及周围群众用水需求.
4 结论1）水文地质是基础，物探勘探是方法，水文、物探多学科融合是关键.水文地质人员依据地下水汇流条件，通过水文地质调查遴选出具有找水前景的调查靶区，在靶区内进行水文物探定井工作.调查靶区选择合理与否，直接关系到后期的定井、成井质量.水文地质调查与物探联合定井在找水过程中特别是在找水困难地区是既快又准找到水的捷径，值得推广.
2）花岗岩地区岩石破碎，富水段在高密度电法剖面图上表现为“V”“U”型低阻异常，低阻特征反映了岩石破碎程度，视电阻率值越低，说明岩石越破碎.在低阻异常处开展的激电测深曲线可以反映垂向上岩石的物性变化特征，视电阻率较平缓、数值较低；极化率高于背景值；半衰时增大部位为富水性较好地段.厚层风化壳和断裂构造或岩性变化界面，是物探找水定井的目标区域.
3）花岗岩地区找水定井相对沉积岩地层来说有其特殊性，由于花岗岩电阻率数值整体偏高，风化、破碎处低阻异常更明显.而由于火成岩中常含有微量电子导体，容易引起激电干扰异常使极化率异常增大，在对含水段判读过程中，尤其要注意极化率大于5%而电阻率又反映为低阻的地层段.
4）高密度电法具有快速、效率高、抗干扰能力强的特点，与激电测深相结合进行物探定井，能提高找水效率和找水准确性，不失为一种较好的电法组合物探定井方法，值得在花岗岩地区物探定井中推广应用.
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