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岩溶区储水结构的识别与刻画 1 新的异物方法 2010年初夏，在贵州对干旱进行的水资源勘探中，通过地球物理勘探、勘探等技术手段，在两个月内发现了可用于采矿和开采的地下水来源。开采率为88%。在一定程度上减少和缓解当地的缺水和干旱，总结并在今后的类似岩石和地下水调查中发挥积极的评价和促进作用。 在岩溶地下水调查中,地球物理探测始终是找水的主要手段。随着先进的仪器、可视化成像软件等的引入,使得老的物探方法重新被使用,新的物探方法展现了良好的应用前景(王聿军,2001;赵国泽等,2004;Normanet al.,2009;刘伟等,2010)。在实际应用中,常规的电阻率剖面法,特别是联合剖面法(罗发科,2009),电测深法(吴海成等,1999;杨湘生,2002;David,2004)仍然是很好的找水方法组合。在浅覆盖的岩溶洼地边缘,狭长谷地中,当地下水浅埋藏条件下,合理选用音频大地电场法(中国地质调查局编,2005)、充电法(洪树琪,1980;何裕盛,1982;张兆京等,1992;杨华等,2001;李黔西,2003)与三极电测深组合,能起到有效、快速定位的效果。而当场地狭窄,浅覆盖,地下水埋藏深,大于100m时,采用音频大地电场法,音频大地电磁法(AMT)(石昆法等,2002;兰险等,2004)的被动源组合,不仅场地适应性好、效果显著,而且省时、经济。本文作者结合探测实例,阐述针对不同的岩溶地形、地貌及岩溶储水结构,如何选择方法组合,分析其地球物理特征,来达到最佳的的找水效果。 2 地下水的富集特征 在岩溶区寻找地下水,以水文地质调查为先导,充分收集区域水文地质资料、掌握区域构造展布,可溶岩地层及岩性结构含水特点等,为后续的物探布置提供翔实的地质资料。 虽然探测区岩溶地下水丰富,具有很大的开发潜力(王尚彦等,2006;蒋忠诚等,2006;裴建国等,2008),但由于岩溶储水载体在纵、横方向上发育极不均一,使得同一地区地下富水程度差异较大,但总体规律是岩溶地下水多富集于构造所控制形成的地下暗河或储藏于可溶岩层中。张性断裂、背斜轴部、向斜轴部以及有利的地貌类型等,强烈影响可溶岩的富水性(卢金凯,1985;戴洪刚等,2005)。地貌上常常会在地表出现一系列线状发育的洼地、漏斗及溶井,沟通地表水和地下水。从含水岩组分析,例如贞丰县二叠系的白云岩、灰岩。平塘县的石炭系、二叠系灰岩、白云质灰岩是主要的含水岩组。从结构上看,中厚层状白云岩,溶蚀裂隙发育相对均一,含水层也具有似层状的特点。由于质纯坚硬的可溶岩,在构造的作用下,断裂下切影响深度大,岩石破碎,裂隙发育、沟通面积宽,往往成为周边地下水汇集的通道,这些构造及影响带成为开发地下水的理想靶区。 利用地球物理方法来探测岩溶地下水,是依据地下水体或储水介质与完整灰岩具备较大的电性差异为前提。音频大地电场法剖面曲线上相对背景值的“V”型低电位,联合剖面曲线的“同步低”异常或“低阻正交点”, 充电法电位梯度曲线的过零点或接近零值的宽缓异常,对称四极电测深或AMT视电阻率断面的“V”和“U”型低电阻率区域,所有这些特征都可能指示地下岩石破碎、岩溶的富水性。当排除其它因素比如碳质夹层、泥质充填等干扰,这种异常特征就具备了明确的地质意义,可用于判断地下地质结构的富水性。 3 地下水位及含矿岩段设置 贵州省平塘县摆茹镇坐标约为东经107°13′,北纬25°45′,海拔高程约776m,见图1(a)。测区内无地表水系和水利工程,受灾人口约3000人。在测区以南方向有一利用溶井扩深的抽水井,井深120m,遭遇持续的干旱,水源枯竭,人畜饮水十分困难。 该探点位于北东-南西向的岩溶谷地内,属峰丛槽谷地貌,谷底地形较平缓。若沿东、西方向布置测线,地形起伏大,场地狭窄,不利于物探工作的开展,见图1(b)测区水文地质图。 测区出露的岩层、土层有第四系(Q)耕植土、残坡积红粘土等,层厚0～20m。石炭系中统(C2hn)黄龙群厚层灰岩、白云质灰岩。二叠系下统梁山组(P1l)中-薄层石英砂岩及页岩。栖霞组(P1q)、茅口组(P1m)中厚层状致密灰岩、白云质灰岩或白云岩。二叠系上统吴家坪组-长兴组(P2w-c)薄-厚层燧石灰岩夹硅质岩和粘土页岩。二叠系上统大隆组(P2d)薄层硅质岩夹页岩以及三叠系下统飞仙关组(T1f)、永宁镇组(T1y)砂岩、页岩及泥灰岩。 从岩石的含水性分析,参见图1(c)中130。方向的AB地质剖面,含水岩组主要为梁山组、栖霞组、茅口组和吴家坪组-长兴组可溶岩,岩层产状有利于部分地下水沿层面流动,并且在此含水岩组的东、西两侧均为隔水的碎屑岩。另外在测区的西北方向发育一北西-南东向断层,且切穿茅口组,吴家坪组-长兴组可溶岩,也有利于北、北西向地下水向测区附近汇集。 选择可溶岩与非可溶岩接触带为地下水的富水靶区,