电测深在敦煌月牙泉地质成因调查中的应用
【Abstract】In order to prevent the water level of the Crescent Spring in Dunhuang in recent years， the water area has decreased continuously， it is very important to explore the geological causes of the spring of the moon. Geophysical exploration in geological survey is a kind of important means， of Crescent Moon Spring Area geophysical sounding investigation in this paper， the geophysical conditions， geoelectric section features， geological formation and electrical measurement results reflect problems were discussed in detail， for the crescent moon spring to identify causes and emergency treatment engineering （Verified the resistivity sounding effect is good.） provides a good and reliable information.
【Key words】Resistivity sounding；lectrical sounding，electrical characteristics；geological origin；Crescent Spring
月牙泉位于敦煌市区向南5Km的鸣沙山北侧山湾处，数千年来，月牙泉深陷流沙而不被掩埋，依然碧波荡漾，水声潺潺。然而，近30多年来，月牙泉水位竟然持续下降，水域面积不断缩小。为了保住这一千年名胜，不使其逐渐干枯，实现敦煌旅游业经济的可持续发展，人们在不断追寻着月牙泉的生存危机源头。对月牙泉地区进行水文地质条件调查，物探勘察可助一臂之力。物探工作的目的是必须弄清楚月牙泉地区深部的地质结构、地层岩性、第四系地层厚度、有无沙漠下部基岩裂隙水补给、月牙泉与地质构造的关系等问题[1]。
1. 自然、地质与地球物理特征
（1）月牙泉海拔1134m，水深2～3m，南北两侧为海拔1250m的鸣沙山。物探勘察面积约8Km2，地形复杂，山险陡峻。月牙泉地区属典型的内陆性气候，降雨量少，蒸发量高，夏季炎热，冬季寒冷，日温差大。工区内无河流通过，仅北侧有党河，但其河床常年干枯。工区出露地层有前震旦系、第三系及第四系。第四系地层出露较全，主要有全新统冲积、冲湖积、风积层，岩性为含砾粗砂、亚砂土、亚粘土、粉细砂等，上更新统冲积、洪积砂砾石层，中更新统冲积-湖积亚砂土、粉细砂、亚粘土钙质半胶结透镜体等。第三系（N）岩性为泥质砂岩、泥质粉砂岩和泥质砂砾岩组成，是较好的隔水层。前震旦系（Anz）出露于工区外围，其岩性为片麻岩、角闪岩及大理岩等[2，3]。
（2）工区位于北西西向的祁连山褶皱带及北东东向的阿尔金山褶皱带的复合部位，祁连山北部大断层及阿尔金山索尔库里大断层对该区的构造体系均有明显影响。其中，当金山北西西向断层属于祁连山北部断裂带，三危山及一条山北东东向断层属于索尔库里断裂系。这两组断层在敦煌一带交叉复合，使三危山及鸣沙山一带的构造变得更加复杂[3]。
（3）依据本次电测深曲线及月牙泉Zk2号孔孔旁测深曲线对比分析，该地区第四系全系统风积层电阻率最高，其ρs值一般大于1000Ω?M，因干湿程度不同，其电性特征可分为：潮湿风积层ρs值约1000Ω?M，干燥风积层ρs值约1500Ω?M，第四系亚砂土、潮湿中粗砂及亚粘土层ρs值较低，在20Ω?M左右。中更新统冲积含水层（砂砾石、含砾中粗砂、中细砂）ρs值一般在70Ω?M左右，反映在电测深曲线的前支，冲积-湖积硅质半胶结砾岩夹薄层粗砂透镜体ρs值在500Ω?M左右，一般呈K型或Q型曲线，反映在电测深曲线的中段。前震旦系ρs值在60～70Ω?M之间，它反映在电测深曲线的尾支。第三系（N）ρs值在25Ω?M左右，它反映在电测曲线的后段H型部位。可见第四系岩性之间、第四系与第三系、前震旦系岩性之间均有较明显电性差异，这就为利用物探电测深解决有关地质问题提供了较好的物性前提。
2. 工作方法技术
（1）根据本次物探工作需要解决的地质任务，实测采用对称四极直流电测深法，由于大部分物探剖面都在高阻第四系风积层之上，短极距供电电流穿透能力弱，无法穿透表层干燥高阻地层。
（2）所以，设计时最小供电极距AB/2=4m，最大供电极距AB/2=650 m。测试仪器为TD3数字电法仪。
（3）该区地形比较复杂，大部为陡峭沙山，电法剖面无法按正规测网布设，实测时均按实际地形而定，进行面积控制大致成网。本次电测深布置剖面5条，线距350～1000m，点距100～500 m，物理点35个。电测深检查观测采用抽查极距的方法进行，抽查误差AB/2≤50m为1.24%，AB/2>50m时为0.43%，总误差为0.83%，符合电测深有关规范要求。测地工作利用数据测距仪，把国家控制点引入测区作为首级勘控点，采用北京54坐标系和黄海高程极坐标法进行测量，导线法闭合差为23.4"（允许44.7"），高程闭合差为0.022m（允许0.103m）。各项测地精度符合工程测量有关规范要求。 3. 曲线类型分析
3.1 对电测深曲线类型的分类进行分析，是剖面定量解释推断的关键。整理测区电测曲线类型主要为HK、KQ、AK及KQHK型。
（1）HK型曲线，该类曲线的H型首支ρs值一般在400Ω?M以上，反映了表层干燥风成沙，H型部位的ρs值在200Ω?M左右，它是潮湿风成沙电性反映。K型部位ρs值在500Ω?M左右，是砂砾石层的电性反映，曲线尾支反映前震旦系（Anz）片岩、大理岩（风化）。
（2）KQHK型曲线，该类曲线前支K型部位ρs=500Ω?M，表层干燥风成沙，Q型曲线部位ρs=150Ω?M左右，是主要含水层砂砾石电性反映，H型部位ρs=70Ω?M左右，代表细粉砂层，后支K型部位ρs=150Ω?M左右，是底部粗砂（或砾石）层，曲线尾支反映前震旦系（Anz）地层。
（3）KQ型曲线，该类曲线首支K型部位ρs=300Ω?M，它是干燥风成沙反映，曲线Q型部位ρs=500Ω?M左右，是砾石层电性特征反映，曲线尾支反映了前震旦系（Anz）地层。
（4）AK型曲线，该类曲线首支ρs=30Ω?M左右，表层亚砂土，A型部位ρs值在70Ω?M左右，反映的是主要含水层中砂、砾石层，曲线K型部位ρs值在100Ω?M左右，代表的是粗砂层，尾支为前震旦系（Anz）。
3.2 地质电性层的确定：风成沙ρs值干燥>1500Ω?M，一般大于1000Ω?M。亚砂土ρs<50Ω?M，呈低阻值反映在曲线首支。含砾中粗砂（主要含水层），ρs值100Ω?M，反映在曲线的K型及Q型部位，个别反映在A型部位。细粉砂ρs值70Ω?M，反映在曲线的H型部位。砾岩该层反映在曲线的Q型及K型部位，其ρs值在500Ω?M左右。第三系（N）反映在曲线的后段，ρs值在25Ω?M左右，在测区中呈厚层低阻体。前震旦系（Anz），它反映在曲线较平直的尾支，ρs=70～100Ω?M。
4. 资料推断解释
根据等ρs断面资料分析，在1线2～3号点，2线4～5号，3线2～3号点之间，ρs曲线为密集垂直升降的等值线束或密集等值线束呈现有规律的弯曲状态。在不同极距的等ρs平面图上，则为近东西向的密集线束，它们均反映出F1断层位置，F1断层为南倾的压扭性断层，其断距一般大于100m，断层上盘前震旦系覆盖在第四系之上。F1断层属于党河东岸主断裂中的一条分支断层，由于F1断层作用，使月牙泉南山升高，北侧相对下降，在下降盘由于长时间风化剥蚀，在其低洼处前震旦系之上的砾石层被剥蚀掉，形成了古剥蚀洼地，月牙泉就是这个古剥蚀洼地（古河叉）中的一个牛轭湖。由于压扭性断层两侧岩性受到部分牵引使其破碎，其破碎带中导水性较弱。因而断层水的补给量应远小于月牙泉古河叉中补给的地下潜水。月牙泉水的补给主要来自党河水。月牙泉水面比党河沙山渠古河道地下水潜水面低1～2 m，党河水渗漏到党河沙山渠古河道中，经过月牙泉古河叉补充到泉水中。月牙泉泉水并未外流，主要是通过古河叉中第四系沙层向下渗透排泄，另有部分水通过F1断层破碎带向外排泄。该地区主含水层是第四系全新统冲积层（Q4aL）细砾中粗砂层和上更新统冲积层（Q3aL）砂砾石层及含砾中粗砂层。月牙泉北山，第四系厚约130m，月牙泉南山，第四系厚约160m，月牙泉西山口处第四系厚250 m，月牙泉湖心及湖东、东北一带第四系厚约300～650m，月牙泉古河叉基底形态为波状起伏，西段较深，月牙泉洼地南北两侧平缓抬起，向东侧则又逐渐变深。
5. 结语
（1）本次物探工作基本查清了月牙泉地区的构造形态，确定了第四系分布状况及厚度，对月牙泉古河叉及党河古河道地下水的补排和流向关系进行了对比分析解释。后经钻探验证电测深反映的结果与实际地质条件比较吻合，为月牙泉治理工程最终付诸实施提供了关键地质资料。
（2）经过对物探与地质测绘、钻探的全面、深层次合作研究，综合分析后认为：月牙泉处于两大冲洪积扇的扇间洼地，具有一套巨厚（第四系钻探揭露最大厚度650m）的松散地质结构和细粉砂沉积岩性，低洼的地质条件和西北上游党河地区较高区域性地下水位，使得地下水在扇间低洼处溢出地表形成月牙泉。
（3）较低的地形条件和松散含水的地质结构是月牙泉形成的基本条件，较高的区域性地下水位是月牙泉溢出形成的必备条件，亦是月牙泉能够保持数千年清澈不干枯的基本保证。新构造运动、气候干旱少雨、水面蒸发、风沙淤积等自然因素对月牙泉水位下降产生了一定影响，上游修建党河水库、加补防渗渠、大量开采地下水等，是导致地下水补排失衡、区域地下水位下降的主要根本原因，也是造成月牙泉生态变迁危机频现的重要“病根”。
（4）目前的“应急治理”只能保证月牙泉泉水不至于在短期内干涸乃至枯竭，真正的治本之法还是要通过科学管水和用水，保证敦煌绿洲的存续，逐步恢复敦煌地区的生态环境。
