科学技术与工程

太行山缺水地区变质岩裂隙水水文地质特征及其电性响应--脑电波能查出什么 以

阜平县为例

卢放;阎红霞;胡文广

【摘要】Therelationofmetamorphicrockfissurewaterbetween

hydrogeologicalpropertiesandtheirelectricalresponsperplexed

geologistsforalongtimeinwatershortageareaofTaihangwasprented.

Withregionalgeo-logicdata,hydrogeologi葫芦瓜的做法 calpropertiesofmetamorphic

teristicsofstrata,structuresand

basis,electrical

responstohydrogeologicalpropertiesofmetamorphicrockfissure

waterwerestudiedbyaudiofrequencytelluric艺术节图片 electricityfieldmethod,

radio-activityexploration,audiofrequencymagnetotelluricmethodand

ydrillsweredistributedtotestand

ultsshowthatthereivident

one-to-onematchbetweenhydrogeologicalpropertiesandtheirelectrical

respons.%太行山缺水地区变质岩裂隙水水文地质特高清唯美壁纸 征与其电性响应之间关系的

研究是长期困扰地质学者的一个大难题。根据区域地质资料，进行了阜平县变质岩

地区水文地质研究，查明了该地区的地层、地质构造和变质岩裂隙水的赋存规律。

在此基础上，采用音频大地电场法、放射性法、音频大地电磁法和激电法对比研究

了变质岩裂隙水水文地质特征的电性响应；并布置地质钻孔验证了水文地质特征与

电性响应之间的对应程度。结果表明，阜平县变质岩裂隙水地区水文地质特征与其

电性响应之间具有明显的一一对应关系。

【期刊名称】《科学技术与工程》

【年(卷),期】2016(016)014

【总页数】5页(P18-22)

【关键词】水文地质特征;电性响应;变质岩裂隙水;风化壳;断层

【作者】卢放;阎红霞;胡文广

【作者单位】中国地质调查局水文地质环境地质调查中心1，保定071051;河北大

学建筑工程学院2，保定071002;中国地质调查局水文地质环境地质调查中心1，

保定071051

【正文语种】中文

【中图分类】P641.12

太行山是我国缺水最为严重的地区之一，人畜饮水十分困难，饮水水源长期依靠窑

池水、外地拉水，水量不足，严重影响当地人民生活，制约经济发展[1]。

太行山严重缺水的现状是由多方面造成，大致原因如下：①地形地貌，山区地形高

差大，沟谷切割剧烈，径流、排泄快，地下水补给量有限[2];②气象，持续干旱少

雨，地下水补给量少[3]公函的范文 ;③地质，含水介质为不透水或弱透水致密厚层状或块状岩

层，裂隙发育差，地下水难以赋存[4];④勘查技术条件。山区地下水呈脉状或条带

状，分布严重不均，探测规律性差[5]。

本次研究以太行山缺水最为典型的地区—河北省保定市阜平县为例。在充分收集

前人工作资料的基础上，开展了阜平县野外地质调查工作，研究了该地区变质岩裂

隙水水文地质特征，探索了变质岩裂隙水union用法 赋存规律，查明了适宜人畜饮用的变质岩

裂隙水分布和埋藏条件。与此同时，进行了多种电探方法的变质岩裂隙水探测工作，

获取了各类电性参数的分布特征，对比分析了阜平县变质岩裂隙水水文地质特征与

电性响应的一一对应关系，获得了有意义的结果。在此基础上，准确定孔，成功出

水，局部缓解了阜平县严重缺水地区饮用水的严峻势态，具有明显的社会意义。

1.1地层

研究区地层由老到新分别如下[6]。

1.1.1太古界阜平群、五台群

岩性主要为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、浅粒岩和斜长角闪岩等。

1.1.2元古界长城系、蓟县系和青白口系

浅海相碳酸岩建造。岩性主要为白云岩、微钙白云岩和电热壶 麻点状燧石白云岩等。

1.1.3古生界寒武系、奥陶系

浅海碳酸盐建造和浅海相页岩建造。岩性主要为灰岩、泥质灰岩、白云岩和页岩等。

1.1.4石炭系

浅海平原型含煤页岩建造。岩性为“山西式”铁矿、铝土矿、页岩和多层煤线等。

1.1.5新生界第四系

冲洪积亚砂土、砂砾石、砾石和卵石等，主要分布在河谷、河漫滩和河流阶地。

1.2岩浆侵入岩

岩浆侵入岩从太古代早期到中生代均有出露，主要为石英闪长岩、花岗闪长岩、斑

状花岗岩、花岗闪长斑岩、麻状含黑云母斜长花岗岩等[7]。

1.3地质构造

研究区属于新华系太行山一级隆起带的构造组成部分[8]。

经过多次构造运动，燕山运动形成的褶皱、断层构成了研究区主要的地质构造骨架。

作为阜平期构造运动的产物，前寒武系褶皱、断层主要分布在阜平县西南部古老变

质岩中，自东向西由近东西向转为北西向。五台期和吕梁期不发育褶皱和断层。中

生界燕山期地壳活动剧烈，构造重新活动形成了巨大的北北东向大断层。

阜平县境内的新构造活动，主要表现为前第三纪变动后的大面积隆起以及老断层

“复活”而造成的断块掀斜运动。

根据探测工作需要解决的地质问题，可选用多种电探方法[9]。本次研究选择电探

方法应遵循以下原则：①地层岩性有明显的电性特征差异(见表1)；②适宜的探测

深度[10]；③高分辨率[11]；④高效率。

结合研究区地质特征以abb三字词语 及各类电探方法的探测特点，表2给出不同电探方法的适

用性评估。

本次研究采用综合电探方法，即音频大地电场法(audiofrequencytelluric

electricityfieldmethod，TEF)、音频大地电磁法[12](audiofrequency

magnetotelluricmethod，AMT)和激电法(inducedpolarizationmethod，IP)，

同时辅以放射性法(radioactivityexploration，RE)。在研究中充分考虑各种电探

方法的优点和不足，使用多种电性特征参数进行对比分析，让各类电性特征参数之

间进行相互验证、相互补充[13—15]，力求尽可能准确的推断变质岩裂隙水的水

文地质特征。

地质调查发现，阜平县变质岩裂隙水主要赋存于各类变质岩裂隙中，其岩性一般为

黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、浅粒岩和斜长角闪岩等。变质岩裂隙水主要为

风化壳裂隙水和断层构造裂隙水。风化壳裂隙发育程度较高，埋深浅。断层构造裂

隙的发育受断层构造的控制，埋藏较深。

为了解变质岩裂隙水的分布特征，在八里沟布置了电探方法和放射性法测线(见图

1)，研究了变质岩裂隙的发育程度、地质构造的展布以及变质岩裂隙水的富集状况。

图2是TEF成果图。TEF01测线的20m处有电位差低值，推测为第一个断层(受

限于场地条件，TEF02无法向南延伸)。TEF01测线的70m和TEF02测线的80

m对应出现电位差低值，推测为第二个断层。TEF01测线的180m和TEF02测

线的160m对应出现电位差低值，推测为第三个断层。TEF01测线的240m和

TEF02测线的210m对应出现电位差低值，推测为第四个断层。TEF01测线

20～70m和TEF02测线0～80m均表现为电位差低值宽缓异常带，推测在第一

个断层和第二个断层区间内(TEF01测线20～70m之间)变质岩破碎程度较高，裂

隙较为发育。

根据TEF初步结论，布置了RE01测线。图3是TEF和RE成果对比图。RE01第

一个放射性读数异常高值出现在10m处，对应的TEF01第一个电位差异常低值

在20m处，推测第一个断层北倾。RE01第二个放射性读数异常高值出现在80

m处，对应的TEF01第二个电位差异常低值在70m处，推测第二个断层南倾。

RE01第三个放射性读数异常高值和TEF01第三个电位差异常低值均出现在180

m处，推测第三个断层陡立。RE01第四个放射性读数异常高值出现在270m处，

对应的TEF01第四个电位差异常低值在240m处，推断第四个断层南倾。RE01

测线30～60m的放射性读数高值异常带，正好与图1中TEF01测线20～70m

之间的电位差低值宽缓异常带相对应，证明第一个断层与第二个断层区间内的变质

岩破碎程度较高且裂隙较为发育。同时，TEF01和RE01测线50m处，对应出现

了第一个断层和第二个断层区间内的放射性读数最大值和电位差最小值，此处值得

关注。

在TEF和RE综合解释的基础上，布置了AMT01(为了控制住第一个断层，

AMT01测线向南延伸，从TEF01测线的-15m开始)。

图4是AMT成果图。20m处是第一个北倾断层的反映，且倾角较大，电阻率较

低，深度为-100m时电阻率值约为180m。70m处有第二个南倾断层的反映，

电阻率较高，深度为-100m时电阻率值约为240m。180m处有第三个陡立

断层的反映，电阻率较高，深度为-100m时电阻率约为300(m)。255m处有

第四个南倾断层的反映，但电阻率呈现高值，深度为-100m时电阻率约为600

m。50m处电阻率最低，与前述TEF01测线和RE01测线50m处放射性读数

最大值和电位差最小值相对应。

基于上述结论，考虑场地条件对布置钻机的限制，在AMT01测线的50m和90

m处分别设置了激电点IP01(南侧)和IP02(北侧)。初步推测南侧激电点处变质岩

裂隙水富水性比北侧激电点处优越。

图5是IP成果图。AB/2小于38m时(据AB/2=38m，根据经验公式推测埋深

大致应该约为30m)，IP01的极化率均大于IP02，推测南侧激电点处浅部地层富

水性比北侧激电点处优越。AB/2大于38m但小于65m时，IP01的极化率约等

于IP02，推测南侧和北部激电点处中部地层富水性相差不大。AB/2大于65m时

(据AB/2=65m，根据经验公式推测埋深大致应该大于50m)，IP01的极化率又

开始大于IP02，推测南侧激电点处深部地层富水性再次优于北侧激电点处。

AMT01测线50m处浅部地层呈现高极化特征，推测该深度处风化壳裂隙水较为

富集，风化壳厚度较大(约为30m)，裂隙发育程度较高。而AMT01测线50m

处深部地层呈现高极化特征，推测该深度已经位于断层破碎带，变质岩破碎程度高，

裂隙发育好。断层构造裂隙水富水性较90m处更为理想。

综合电探方法和放射性法的成果，推测八里沟存在风化壳裂隙水和断层构造裂隙水，

建议在AMT01测线50m处布置钻孔，钻孔施工深度100m，抽水试验证实涌

水量达80m3/h，直接为附近20000多群众提供生活饮用水保障，社会意义显

著。

八里沟电探方法和放射性法探测成果显示，变质岩裂隙水水文地质特征与其电阻率、

极化率响应之间具有明显的一一对应关系。

在太行山严重缺水的典型地区—河北省保定市阜平县开展了变质岩裂隙水野外水

文地质调查、电探方法以及放射性法探测，研究了水文地质调查、钻孔、电探方法

和放射性法的各类成果，对比分析了电阻率、极化率分布规律及其对变质岩裂隙水

水文地质特征的电性响应，得到如下结论：

1)研究区变质岩裂隙水主要为风化壳裂隙水和断层构造裂隙水。风化壳裂隙水含水

层厚度一般在20～30m之间，裂隙发育程度高，埋藏浅。断层构造裂隙水赋存

条件较为复杂，一般受到断层构造的控制，沿断层呈条带状分布，埋藏深度在

50～180m之间，富水性较好。

2)研究区变质岩裂隙水的电性特征，一般体现为TEF电位差低值、RE放射性读数

高值、AMT电阻率低值以及IP极化率高值的组合，且各种特征参数之间能够互相

验证，大大增加了地质解释和定井的可靠性。

3)电阻率、极化率等电探特征参数的分布规律对阜平县严重缺水地区的地层、地质

构造和含水层等水文地质特征均具有敏感的响应，并呈现明显的一一对应关系。

1吴爱民,李长青,徐彦泽,等.华北平原地下水可持续利用的主要问题及对策建议.南

水北调与水利科技,2010;8(6):110—128

2张兆吉,雒国中,王昭,等.华北平原地下水资源可持续清一色是什么意思 利用研究.资源科

学,2009;31(3):崆峒山 355—360

ZhangZJ,LuoGZ,WangZ,nsustainableutilizationof

cesScience,2009;31(3):355—360

3钱永,张兆吉,费宇红,等.华北平原浅层地下水可持续利用潜力分析.中国生态农

业学报,2014;22(8):890—897

4廖资生.地下水的分类和基岩裂隙水的基本概念.高校地质学报,1998;4(4):473—

477

5杨丽芝,张勇,刘春华.华北平原地下水资源功能衰退与可持续利用研究.工程勘

察,2013;(6):48—55

6张光辉,严明疆,刘春华,等.太行山前丘陵区基岩裂隙水赋存的非均一性和易疏干

性特征.南水北调与水利科技,2013;11(1):104—109

ZhangGH,YanMJ,LiuCH,teristicsofnon-uniformityand

vulnerabilityofaquiferstodewateringofbedrockfissurewaterinthehilly

-to-NorthWaterTransfers

andWaterScience&Technology,2013;11(1):104—109

7王振兴,李向全,侯新伟,等.太行山前严重缺水地区地下水勘查实践-以灵寿县丘陵

区为例.南水北调与水利科技,2012;10(3):127—132

8陈宇,温忠辉,束龙仓.基岩裂隙水研究现状与展望.水电能源科

学,2010;28(4):62—109

9刘人太,李术才,张庆松,等.岩溶裂隙水探查方法优化与工程治理研究.岩土力

学,2011;32(4):1095—1107

10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.工程地球物理学报,2015;12(4):501—507

ZhangB,LiuLZ,NiJX,licationofcomprehensivegeophysical

prospectingmethodtowaterexplorationinthegranitevereWater

eJournalofEngineeringGeophysics,2015;

12(4):501—507

11董健,胡雪平,李肖鹏,等.联合剖面法寻找基岩裂隙水.科学技术与工

程,2012;12(4):3520—3527

12朱崇利.数据处理前后博斯蒂克反演对比.科学技术与工

程,2013;26(13):7736—7739

13武毅,郭建强,朱庆俊,等.基岩水与平原水转换关系的地球物理勘查技术探讨.

地球学报,2004;25(3):369—372

14郑瑞宏.多种方法对导水断层的探测和分析.科技导报,2008;26(22):44—46

15许福美,雷芳芳,吴志杰,等.顶峰山矿区水文地质特征与防治水措施.科技导

报,2011;29(15):66—69