打井找水仪天电图中的低值为啥有的有水有的无水

　　打井找水仪天电图中的低值为啥有的有水有的无水？甚至一些电阻率很高的坚硬岩石也表现为低值？深思起来十分奥妙。

　　高值低值都是相对的，本文所说的低值不包括因有飞点或飞线把整个原始图压制成大面积深蓝色的那种情况，那不叫低值。

　　在岩石的裂隙中有裂隙水，砂砾石在颗粒孔隙中有孔隙水，大多为低值。还有很多岩石中的矿物含有“矿物水”，也是极性分子，吸收电磁波，使某些坚硬岩石成为“高阻低值层”，这样的低值层如果没有明显异常，含水一般不好（即硬度很大，电阻率法测出的是高阻，天电法测出的是低值）。

　　矿物中的水，总共有三种形式：

　　当大气降水渗透进入地下后，如果岩层内缺少“隔水层”，地下水就会继续往下流，一直流到地层深处的岩浆，转化为高温蒸汽。当岩浆向地表流动，缓慢远离地心并冷却凝固形成矿物的时候，流入岩浆中的水也会成为矿物分子结构的一部分，被称为“结构水”。

　　第二种是在某些矿物的晶体中含有水分子H2O，比如石膏、芒硝、蓝矾，大多是从干旱的湖泊水体中析出结晶的，所以水也会混进矿物晶体中，被称为“结晶水”。

　　第三种是吸附水。就是矿物的质地不够紧密，存在微小空隙或细小裂隙，就会有水分子挤进去，附着在颗粒周围，这就是“吸附水”。

　　吸附水，最为活泼。例如蛋白石中的水就是以吸附形式存在的。吸附水顾名思义，就是在矿物形成过程中，吸附在矿物颗粒表面或微小裂隙中的水，是矿物水里最“自由”的一种形式。吸附水的水分子很独立，它不与矿物分子结合。如果把含有吸附水的矿物加热到100℃，或者把它长期放在特别干燥的地方，水分子就会离开矿物，回到空气中。

　　蛋白石是一种非晶质的宝石。虽然名叫“蛋白”，但其实它们并不是有机物，化学成分和石英一样是二氧化硅。只不过蛋白石的晶体结构比较特殊，是颗粒极细的“凝胶体”，里面还含有5～10%的水分。正是这些水分，让蛋白石很美丽。失水后的蛋白石，在矿物学上就成了另一种矿物——燧石。

　　我们种养植物常用的蛭石，就是一种特别能吸水的粘土矿物。严格来说蛭石中的水并不只是吸附水，也有结晶水。蛭石受热时，里面的水发生气化，把薄薄的层间缝隙撑大，然后蛭石就膨胀了。

　　含结晶水最典型的矿物是蓝矾（也叫胆矾）——“五水硫酸铜”，它原本是蓝色的，加热变成“无水硫酸铜”，变成白色粉末了。蓝矾在常温下每个硫酸铜分子搭配五个结晶水分子，加热到100℃时会失水变成“一水硫酸铜”，400℃时就成无水硫酸铜了。结晶水是一个个完整的水分子，却基本丧失了独立地位，不能自由活动，经过加热才能获得足够的能量、从矿物中逃脱。

　　石膏中的结晶水在天然条件下，大部分以生石膏的形态存在，每个硫酸钙分子搭配两个水分子，晶体发育良好的话就是透明或半透明的。如果受热失水，生石膏先是转变为含结晶水较少的熟石膏；最后完全失去结晶水，只剩下硫酸钙，变成硬石膏。

　　在高岭石、膨润石、水云母、绿泥石等粘土矿物中都含较多的结晶水。例如高岭石的化学式为2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O，每个分子含两个结晶水。

　　除了上面那些含结晶水的矿物外，其他像蛇纹石、角闪石、绿帘石、云母等这些地层中的常见的造岩矿物，还含有“结构水”。结构水以极性基团(OH）的形式存在，含这些矿物的岩石也是极性物质。只不过这种结构水就算加热也很难跑出来。除非把矿物加热到600℃~1000℃，破坏掉它们的晶体结构，才能把里面的水释放出来。只要岩石中或多或少的有一些含水的矿物，就会在一定程度上表现为低值。例如，云母的化学式为KAl2(AlSi3O10)(OH)2，其中H2O占4.5%，是极性矿物。所以许多岩石含云母等极性矿物会显示低值。石英和长石是非极性物质，不含矿物水，所以长英岩脉容易显高值。各种岩石的矿物成分及含量千差万别，因而其极性强弱和吸收电磁波的能力十分复杂。

　　强风化层和泥岩的低值也是因为含孔隙水或矿物水较高造成的。不论是裂隙水、孔隙水、“矿物水”，只要是有“水”就会吸收电磁波，形成低值。但矿物水只会形成低值，打井是取不出水来的，这就是有的低值有水，有的低值无水的道理。

　　为了验证上述观点，我们做了一个简单的试验：把两个相同的玻璃酒杯放入微波炉，一个盛满水，一个是空杯，加热了28秒，盛水的杯子水开了，而空杯一点也不热。然后又把一个重137克的干瓷碗和一块重170克的黑色砂岩共同放入微波炉同时加热了20秒，结果瓷碗一点也不热，而砂岩非常烫手，不敢用手去拿。随后我们又用一块重410克的蛇纹石大理岩和一块重426克的紫红色细砂岩同时放入微波炉，加热了20秒，结果细砂岩少有微热，不烫手，蛇纹石大理岩则烫手厉害，不敢用手拿。

　　本次试验的几件样品说明，水吸收电磁波最快，其次是黑砂岩和蛇纹石大理岩。同样是不含水的干物质吸收电磁波的能力各不相同。不同的岩石吸收电磁波的能力也相差很大。这与组成岩石的矿物是不是含矿物水大有关系。吸收电磁波能力强的岩石“屏蔽效能”大，在天电图上就可能会显示低值。我们认为，这就是为什么同样是电阻率很大但不含裂隙水的岩石，有很多会在天电图上表现为低值层的道理。

　　由上述可知，打井找水仪天电的数值与电阻率是完全不同的两个概念，打井找水仪天电值是无法换算成电阻率值的。含水体容易表现为低值，少数情况下也会表现为大致水平的低值层，但低值层不一定是含水层，实践中发现有不少层位是上述原因造成的“高阻低值层”（即电阻率高，天电值低）。具体分辨低值层有水无水？哪些低值层是因含有裂隙水造成的？哪些低值层是因含有矿物水造成的？可以根据低值层的形态、岩性、数值大小、已知井状况等条件去总结探索。

　　在数值较低的的泥质岩石中如果有含泥质少的砂岩或砾岩，岩性较硬脆，往往表现为高值层、高值段、高值点，容易有裂隙水。这是因为在较硬的砂砾岩中虽然可能有大裂隙，但总体上裂隙率较低，仍不如泥岩的“水”多（泥岩中的粘土矿物含大量的结晶水），所以砂砾岩仍会显示相对高值，这在泥质岩石地区找水时值得注意。（若在构造线附近，当砂砾岩裂隙率和含水率较高时，也可以表现为高值层中的低值点）。

　　总之，打井找水仪天电法在相同的电磁环境下，其数值的大小都是由“水”决定的，不论它是有用的裂隙水、孔隙水，还是无用的结晶水、结构水、吸附水。

　　如何区分有水和无水的低值层，待以后讨论。

　　作者：湖南普奇研究院高级顾问杨佃俊教授