科學技術與工程

太行山缺水地區變質巖裂隙水水文地質特征及其電性響應--腦電波能查出什么 以

阜平縣為例

盧放;閻紅霞;胡文廣

【摘要】Therelationofmetamorphicrockfissurewaterbetween

hydrogeologicalpropertiesandtheirelectricalresponsperplexed

geologistsforalongtimeinwatershortageareaofTaihangwasprented.

Withregionalgeo-logicdata,hydrogeologi葫蘆瓜的做法 calpropertiesofmetamorphic

teristicsofstrata,structuresand

basis,electrical

responstohydrogeologicalpropertiesofmetamorphicrockfissure

waterwerestudiedbyaudiofrequencytelluric藝術節圖片 electricityfieldmethod,

radio-activityexploration,audiofrequencymagnetotelluricmethodand

ydrillsweredistributedtotestand

ultsshowthatthereivident

one-to-onematchbetweenhydrogeologicalpropertiesandtheirelectrical

respons.%太行山缺水地區變質巖裂隙水水文地質特高清唯美壁紙 征與其電性響應之間關系的

研究是長期困擾地質學者的一個大難題。根據區域地質資料，進行了阜平縣變質巖

地區水文地質研究，查明了該地區的地層、地質構造和變質巖裂隙水的賦存規律。

在此基礎上，采用音頻大地電場法、放射性法、音頻大地電磁法和激電法對比研究

了變質巖裂隙水水文地質特征的電性響應；并布置地質鉆孔驗證了水文地質特征與

電性響應之間的對應程度。結果表明，阜平縣變質巖裂隙水地區水文地質特征與其

電性響應之間具有明顯的一一對應關系。

【期刊名稱】《科學技術與工程》

【年(卷),期】2016(016)014

【總頁數】5頁(P18-22)

【關鍵詞】水文地質特征;電性響應;變質巖裂隙水;風化殼;斷層

【作者】盧放;閻紅霞;胡文廣

【作者單位】中國地質調查局水文地質環境地質調查中心1，保定071051;河北大

學建筑工程學院2，保定071002;中國地質調查局水文地質環境地質調查中心1，

保定071051

【正文語種】中文

【中圖分類】P641.12

太行山是我國缺水最為嚴重的地區之一，人畜飲水十分困難，飲水水源長期依靠窯

池水、外地拉水，水量不足，嚴重影響當地人民生活，制約經濟發展[1]。

太行山嚴重缺水的現狀是由多方面造成，大致原因如下：①地形地貌，山區地形高

差大，溝谷切割劇烈，徑流、排泄快，地下水補給量有限[2];②氣象，持續干旱少

雨，地下水補給量少[3]公函的范文 ;③地質，含水介質為不透水或弱透水致密厚層狀或塊狀巖

層，裂隙發育差，地下水難以賦存[4];④勘查技術條件。山區地下水呈脈狀或條帶

狀，分布嚴重不均，探測規律性差[5]。

本次研究以太行山缺水最為典型的地區—河北省保定市阜平縣為例。在充分收集

前人工作資料的基礎上，開展了阜平縣野外地質調查工作，研究了該地區變質巖裂

隙水水文地質特征，探索了變質巖裂隙水union用法 賦存規律，查明了適宜人畜飲用的變質巖

裂隙水分布和埋藏條件。與此同時，進行了多種電探方法的變質巖裂隙水探測工作，

獲取了各類電性參數的分布特征，對比分析了阜平縣變質巖裂隙水水文地質特征與

電性響應的一一對應關系，獲得了有意義的結果。在此基礎上，準確定孔，成功出

水，局部緩解了阜平縣嚴重缺水地區飲用水的嚴峻勢態，具有明顯的社會意義。

1.1地層

研究區地層由老到新分別如下[6]。

1.1.1太古界阜平群、五臺群

巖性主要為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、淺粒巖和斜長角閃巖等。

1.1.2元古界長城系、薊縣系和青白口系

淺海相碳酸巖建造。巖性主要為白云巖、微鈣白云巖和電熱壺 麻點狀燧石白云巖等。

1.1.3古生界寒武系、奧陶系

淺海碳酸鹽建造和淺海相頁巖建造。巖性主要為灰巖、泥質灰巖、白云巖和頁巖等。

1.1.4石炭系

淺海平原型含煤頁巖建造。巖性為“山西式”鐵礦、鋁土礦、頁巖和多層煤線等。

1.1.5新生界第四系

沖洪積亞砂土、砂礫石、礫石和卵石等，主要分布在河谷、河漫灘和河流階地。

1.2巖漿侵入巖

巖漿侵入巖從太古代早期到中生代均有出露，主要為石英閃長巖、花崗閃長巖、斑

狀花崗巖、花崗閃長斑巖、麻狀含黑云母斜長花崗巖等[7]。

1.3地質構造

研究區屬于新華系太行山一級隆起帶的構造組成部分[8]。

經過多次構造運動，燕山運動形成的褶皺、斷層構成了研究區主要的地質構造骨架。

作為阜平期構造運動的產物，前寒武系褶皺、斷層主要分布在阜平縣西南部古老變

質巖中，自東向西由近東西向轉為北西向。五臺期和呂梁期不發育褶皺和斷層。中

生界燕山期地殼活動劇烈，構造重新活動形成了巨大的北北東向大斷層。

阜平縣境內的新構造活動，主要表現為前第三紀變動后的大面積隆起以及老斷層

“復活”而造成的斷塊掀斜運動。

根據探測工作需要解決的地質問題，可選用多種電探方法[9]。本次研究選擇電探

方法應遵循以下原則：①地層巖性有明顯的電性特征差異(見表1)；②適宜的探測

深度[10]；③高分辨率[11]；④高效率。

結合研究區地質特征以abb三字詞語 及各類電探方法的探測特點，表2給出不同電探方法的適

用性評估。

本次研究采用綜合電探方法，即音頻大地電場法(audiofrequencytelluric

electricityfieldmethod，TEF)、音頻大地電磁法[12](audiofrequency

magnetotelluricmethod，AMT)和激電法(inducedpolarizationmethod，IP)，

同時輔以放射性法(radioactivityexploration，RE)。在研究中充分考慮各種電探

方法的優點和不足，使用多種電性特征參數進行對比分析，讓各類電性特征參數之

間進行相互驗證、相互補充[13—15]，力求盡可能準確的推斷變質巖裂隙水的水

文地質特征。

地質調查發現，阜平縣變質巖裂隙水主要賦存于各類變質巖裂隙中，其巖性一般為

黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、淺粒巖和斜長角閃巖等。變質巖裂隙水主要為

風化殼裂隙水和斷層構造裂隙水。風化殼裂隙發育程度較高，埋深淺。斷層構造裂

隙的發育受斷層構造的控制，埋藏較深。

為了解變質巖裂隙水的分布特征，在八里溝布置了電探方法和放射性法測線(見圖

1)，研究了變質巖裂隙的發育程度、地質構造的展布以及變質巖裂隙水的富集狀況。

圖2是TEF成果圖。TEF01測線的20m處有電位差低值，推測為第一個斷層(受

限于場地條件，TEF02無法向南延伸)。TEF01測線的70m和TEF02測線的80

m對應出現電位差低值，推測為第二個斷層。TEF01測線的180m和TEF02測

線的160m對應出現電位差低值，推測為第三個斷層。TEF01測線的240m和

TEF02測線的210m對應出現電位差低值，推測為第四個斷層。TEF01測線

20～70m和TEF02測線0～80m均表現為電位差低值寬緩異常帶，推測在第一

個斷層和第二個斷層區間內(TEF01測線20～70m之間)變質巖破碎程度較高，裂

隙較為發育。

根據TEF初步結論，布置了RE01測線。圖3是TEF和RE成果對比圖。RE01第

一個放射性讀數異常高值出現在10m處，對應的TEF01第一個電位差異常低值

在20m處，推測第一個斷層北傾。RE01第二個放射性讀數異常高值出現在80

m處，對應的TEF01第二個電位差異常低值在70m處，推測第二個斷層南傾。

RE01第三個放射性讀數異常高值和TEF01第三個電位差異常低值均出現在180

m處，推測第三個斷層陡立。RE01第四個放射性讀數異常高值出現在270m處，

對應的TEF01第四個電位差異常低值在240m處，推斷第四個斷層南傾。RE01

測線30～60m的放射性讀數高值異常帶，正好與圖1中TEF01測線20～70m

之間的電位差低值寬緩異常帶相對應，證明第一個斷層與第二個斷層區間內的變質

巖破碎程度較高且裂隙較為發育。同時，TEF01和RE01測線50m處，對應出現

了第一個斷層和第二個斷層區間內的放射性讀數最大值和電位差最小值，此處值得

關注。

在TEF和RE綜合解釋的基礎上，布置了AMT01(為了控制住第一個斷層，

AMT01測線向南延伸，從TEF01測線的-15m開始)。

圖4是AMT成果圖。20m處是第一個北傾斷層的反映，且傾角較大，電阻率較

低，深度為-100m時電阻率值約為180m。70m處有第二個南傾斷層的反映，

電阻率較高，深度為-100m時電阻率值約為240m。180m處有第三個陡立

斷層的反映，電阻率較高，深度為-100m時電阻率約為300(m)。255m處有

第四個南傾斷層的反映，但電阻率呈現高值，深度為-100m時電阻率約為600

m。50m處電阻率最低，與前述TEF01測線和RE01測線50m處放射性讀數

最大值和電位差最小值相對應。

基于上述結論，考慮場地條件對布置鉆機的限制，在AMT01測線的50m和90

m處分別設置了激電點IP01(南側)和IP02(北側)。初步推測南側激電點處變質巖

裂隙水富水性比北側激電點處優越。

圖5是IP成果圖。AB/2小于38m時(據AB/2=38m，根據經驗公式推測埋深

大致應該約為30m)，IP01的極化率均大于IP02，推測南側激電點處淺部地層富

水性比北側激電點處優越。AB/2大于38m但小于65m時，IP01的極化率約等

于IP02，推測南側和北部激電點處中部地層富水性相差不大。AB/2大于65m時

(據AB/2=65m，根據經驗公式推測埋深大致應該大于50m)，IP01的極化率又

開始大于IP02，推測南側激電點處深部地層富水性再次優于北側激電點處。

AMT01測線50m處淺部地層呈現高極化特征，推測該深度處風化殼裂隙水較為

富集，風化殼厚度較大(約為30m)，裂隙發育程度較高。而AMT01測線50m

處深部地層呈現高極化特征，推測該深度已經位于斷層破碎帶，變質巖破碎程度高，

裂隙發育好。斷層構造裂隙水富水性較90m處更為理想。

綜合電探方法和放射性法的成果，推測八里溝存在風化殼裂隙水和斷層構造裂隙水，

建議在AMT01測線50m處布置鉆孔，鉆孔施工深度100m，抽水試驗證實涌

水量達80m3/h，直接為附近20000多群眾提供生活飲用水保障，社會意義顯

著。

八里溝電探方法和放射性法探測成果顯示，變質巖裂隙水水文地質特征與其電阻率、

極化率響應之間具有明顯的一一對應關系。

在太行山嚴重缺水的典型地區—河北省保定市阜平縣開展了變質巖裂隙水野外水

文地質調查、電探方法以及放射性法探測，研究了水文地質調查、鉆孔、電探方法

和放射性法的各類成果，對比分析了電阻率、極化率分布規律及其對變質巖裂隙水

水文地質特征的電性響應，得到如下結論：

1)研究區變質巖裂隙水主要為風化殼裂隙水和斷層構造裂隙水。風化殼裂隙水含水

層厚度一般在20～30m之間，裂隙發育程度高，埋藏淺。斷層構造裂隙水賦存

條件較為復雜，一般受到斷層構造的控制，沿斷層呈條帶狀分布，埋藏深度在

50～180m之間，富水性較好。

2)研究區變質巖裂隙水的電性特征，一般體現為TEF電位差低值、RE放射性讀數

高值、AMT電阻率低值以及IP極化率高值的組合，且各種特征參數之間能夠互相

驗證，大大增加了地質解釋和定井的可靠性。

3)電阻率、極化率等電探特征參數的分布規律對阜平縣嚴重缺水地區的地層、地質

構造和含水層等水文地質特征均具有敏感的響應，并呈現明顯的一一對應關系。

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