高密度電法勘探在巖溶地區(qū)地下水勘查中的應(yīng)用

李杰

（安化湘資水利水電建筑工程有限責(zé)任公司 湖南安化 413500）

高密度電法勘探在巖溶地區(qū)地下水勘查中的應(yīng)用

李杰

（安化湘資水利水電建筑工程有限責(zé)任公司 湖南安化 413500）

高密度電法勘探具有點(diǎn)距小、數(shù)據(jù)采集密度較大的特征，并且還能夠發(fā)揮電測(cè)深法與剖面法的效果，可直接反映出基巖起伏實(shí)際情況，同時(shí)還能夠充分了解與圍巖存在電性差異的斷裂構(gòu)造狀況，將其運(yùn)用于地下水勘查作業(yè)，也能夠獲得良好的效果。此背景下，本文首先分析了高密度電法作業(yè)原理級(jí)設(shè)備組成，之后對(duì)其在巖溶地區(qū)地下水勘查中的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，以供參考。

巖溶地區(qū)；高密度電法勘探；地下水勘查

1 引言

近年來(lái)，隨著科技的迅速發(fā)展，我國(guó)高密度電法勘探在工程勘察中的應(yīng)用日益廣泛，尤其是水文、巖溶等領(lǐng)域中的應(yīng)用，能夠獲得顯著的、良好的效果，在很大程度上已經(jīng)超出了理論預(yù)期。高密度電法勘探是一種綜合物理勘探方法，能夠較好的推斷出地質(zhì)構(gòu)造、地下水源及礦產(chǎn)資源的分布情況，從而為勘查作業(yè)的順利進(jìn)行與良好效果的獲得奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 高密度電法作業(yè)原理及設(shè)備組成分析

2.1 高密度電法的工作原理

對(duì)于高密度電法的基本工作原理，幾乎與常規(guī)的電阻率法相同，其主要是一種以巖土體的電性差異為前提的電探方式，依據(jù)在施加電場(chǎng)作用下地層傳導(dǎo)電流分布規(guī)律，可推斷出地下具備不同電阻率的地質(zhì)體的實(shí)際賦存情況。高密度電阻率法的原理即為地下介質(zhì)導(dǎo)電性之間的差異，相比于常規(guī)的電阻率法，其主要是通過(guò)A、B電極向地下供電流I，之后在M、N極間測(cè)量電位差△V，通過(guò)此種方式來(lái)獲得該點(diǎn)（M、N之間）的視電阻率值（圖1）。此外，完成上述操作之后，再依據(jù)實(shí)際測(cè)得的視電阻率剖面進(jìn)行詳細(xì)的分析與相關(guān)計(jì)算，就能夠獲得地層中的電阻率實(shí)際分布情況，之后就可以此為基礎(chǔ)，做好地層劃分與異常地層的確定工作。

2.2 高密度電法的設(shè)備組成

高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器與電極系統(tǒng)這三部分構(gòu)成，其中，多路電極轉(zhuǎn)換器能夠通過(guò)電纜對(duì)電力系統(tǒng)中各個(gè)電極的供電與測(cè)量狀態(tài)進(jìn)行一定的控制；主機(jī)主要是通過(guò)通訊電纜、供電電纜將工作指令發(fā)送至多路電極轉(zhuǎn)換器中，然后再向電極供電，并且進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的接收與存貯。

圖1 高密度電阻率法工作原理示意圖

通常情況下，數(shù)字采集結(jié)果能夠自動(dòng)存入主機(jī)中，主機(jī)只需要采用通訊軟件將原始數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，之后再通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為處理軟件要求的數(shù)據(jù)格式即可。對(duì)于經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理之后的模塊，對(duì)其進(jìn)行畸變點(diǎn)剔除、地形校正等預(yù)處理之后，可制作成視電阻率等值線圖。此外，依據(jù)視電阻率的變化特征，并對(duì)鉆探與地質(zhì)調(diào)查資料進(jìn)行有效的結(jié)合，可在等值線圖上進(jìn)行合理的地質(zhì)解釋，并且還可繪制相應(yīng)的物探成果解釋圖。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的高密度電法觀測(cè)系統(tǒng)日益增多，其主要由多動(dòng)能數(shù)字激電儀、多路電極轉(zhuǎn)換器、高級(jí)電法處理軟件等共同構(gòu)成，具體如圖2所示。

3 巖溶地區(qū)地下水勘查中高密度電法勘探的具體應(yīng)用

在某巖溶地區(qū)地下水勘查作業(yè)中，共設(shè)置了2條測(cè)線，控制剖面線總長(zhǎng)度為1200m，主要采用偶極-偶極進(jìn)行裝置，且每一條線每一次布設(shè)60根電極，點(diǎn)距達(dá)10m，最大、最小極距系數(shù)為20、1，勘查深度要求超過(guò)150m，勘查范圍也需確保處于高密度電法勘探范圍內(nèi)。

圖2 高密度電法系統(tǒng)示意圖

3.1 典型反演斷面圖分析（如圖3）

圖3 巖溶地區(qū)8號(hào)線的視電阻率反演斷面圖

通過(guò)圖3可知，在視電阻率斷面圖中間300m位置處，以及深度超過(guò)60m范圍內(nèi)，存在較為明顯的低電性地質(zhì)引發(fā)的低阻異常現(xiàn)象。通過(guò)分析電法有關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)，此處異常現(xiàn)象主要是由于灰?guī)r溶蝕的存在而構(gòu)成的斷裂間隙溶洞，相對(duì)于低阻異常與發(fā)育情況，此類溶洞斷裂間隙主要是由某種低阻填充物質(zhì)填充而成的，具體如圖4所示，該圖為6號(hào)線的視電阻率反演斷面圖。

圖4 6線高密度偶極裝置視電阻率反演圖

圖4中與8號(hào)線的相同位置處，也存在很明顯的由低電性地質(zhì)形成的低阻異常特征，且這兩組低阻異常形態(tài)基本相同。通過(guò)查閱有關(guān)電法綜合資料發(fā)現(xiàn)，此處異常現(xiàn)象主要是因?yàn)榛規(guī)r溶蝕的存在而構(gòu)成的斷裂間隙溶洞，基于巖溶裂隙較低阻異常及發(fā)育情況可以發(fā)現(xiàn)，其主要是由某種低阻填充物質(zhì)充填而形成的。

3.2 激電資料

通過(guò)高密度電法資料可知，在測(cè)量區(qū)域中部300m及深度60m位置處，存在于該區(qū)域地下水流方向基本相同的一處低阻異常體。通過(guò)電法資料可以推測(cè)出，此類異常體是巖溶裂隙管道，且其裂隙主要被某種低阻物質(zhì)充填。此情況下，為了有效降低地下水開(kāi)采作業(yè)中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng)采用直流激電測(cè)深法確定裂隙內(nèi)充填的低阻物質(zhì)，并以此來(lái)推斷是否含有地下水。

表1為6號(hào)線300m位置處的直流激電參數(shù)，通過(guò)表1可知，該測(cè)區(qū)激電參數(shù)極化率、激電綜合參數(shù)、半衰時(shí)以及衰減度均處于AB/2，也就是120～160m范圍內(nèi)，并且都存在較為顯著的相對(duì)高值異常情況。其中，視極化率、綜合激電參數(shù)、半衰時(shí)及衰減度分別達(dá)1.25、1.57、1.68及0.44。由此可知，在測(cè)區(qū)300m及60m深度以下的巖溶裂隙中存在的充填低阻物質(zhì)可能為地下水。

此外，通過(guò)結(jié)合高密度電法有關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)，改測(cè)區(qū)低阻異常體發(fā)育方向可能為北東向，與水文地質(zhì)條件相同。所以，只需要通過(guò)低阻異常體的激電效應(yīng)，就能夠較高的、準(zhǔn)確的反映出有水存在的可能性。通過(guò)上述分析可以推斷出，該測(cè)區(qū)地下水探采井為6號(hào)線的300m點(diǎn)位置處。

表1 6號(hào)線300m點(diǎn)直流激參數(shù)

3.3 鉆探驗(yàn)證

通過(guò)分析、布井、施工，鉆孔結(jié)構(gòu)自上而下依次為：

（1）0～5m位置處為第四系殘與坡積層，通過(guò)分析其成井情況可推斷出該段為紅粘土。

（2）5.0～58.0m位置處主要表現(xiàn)為三疊系下統(tǒng)茅草鋪組，對(duì)于該段巖性，主要表現(xiàn)為灰色與深灰色；通過(guò)分析其厚度可知，主要為巖中厚、厚層微晶灰?guī)r包裹深灰色、灰黑色泥質(zhì)的灰?guī)r或泥巖，并且還存在少量的方解石脈。

（3）對(duì)于58.0～113.5m段，主要表現(xiàn)為三疊系下統(tǒng)茅草鋪組，其巖性為灰色、深灰色，厚度表現(xiàn)為中至厚層的微晶灰?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r，屬于裂隙形態(tài)發(fā)育。同時(shí)，在該段裂隙中，還存在少量的黃色粘土充填。在67.0～67.50m范圍內(nèi)，還存在流量為1.20L/s的地下水；在70.0～85.0mm范圍內(nèi)，地下水流量逐漸增大到8.50L/s，是該孔的主要含水區(qū)段。

（4）113.5～151.0m段主要表現(xiàn)為三疊系下統(tǒng)茅草鋪組深灰色中至厚層白云質(zhì)灰?guī)r，并且還存在少量的方解石脈充填。

通過(guò)詳細(xì)分析該區(qū)域鉆探施工實(shí)際情況可以發(fā)現(xiàn)，如果在該預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)打出一眼涌水量為800m3/d的優(yōu)質(zhì)水井，可使得當(dāng)?shù)厝恕⑿铒嬎肮喔葐?wèn)題得到有效的解決。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高密度電法勘探是一種相對(duì)成熟的綜合物理勘探工藝，其具備簡(jiǎn)便、快捷、經(jīng)濟(jì)、適用場(chǎng)地較小、應(yīng)用范圍較為廣泛的特征。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還存在一定的問(wèn)題，需不斷加以完善，為我國(guó)勘查作業(yè)的良好發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

[1]吳會(huì)敏，孫鑫.高密度電法勘探在巖溶查找中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（08）：8.

[2]張海江，史紅.高密度電阻率法在江西某巖溶地區(qū)勘探中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2014(06）：61～64.

[3]俞仁泉.超高密度電法在公路巖溶路基勘察中的應(yīng)用[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2011（09）：404～405.

P631.3+22

A

1004-7344（2016）12-0107-02

2016-3-10

李杰（1991-），男，本科，主要從事水利工作。