高密度電法勘探在巖溶地區地下水勘查中的應用

李杰

（安化湘資水利水電建筑工程有限責任公司 湖南安化 413500）

高密度電法勘探在巖溶地區地下水勘查中的應用

李杰

（安化湘資水利水電建筑工程有限責任公司 湖南安化 413500）

高密度電法勘探具有點距小、數據采集密度較大的特征，并且還能夠發揮電測深法與剖面法的效果，可直接反映出基巖起伏實際情況，同時還能夠充分了解與圍巖存在電性差異的斷裂構造狀況，將其運用于地下水勘查作業，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原理級設備組成，之后對其在巖溶地區地下水勘查中的具體應用進行了詳細的闡述，以供參考。

巖溶地區；高密度電法勘探；地下水勘查

1 引言

近年來，隨著科技的迅速發展，我國高密度電法勘探在工程勘察中的應用日益廣泛，尤其是水文、巖溶等領域中的應用，能夠獲得顯著的、良好的效果，在很大程度上已經超出了理論預期。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構造、地下水源及礦產資源的分布情況，從而為勘查作業的順利進行與良好效果的獲得奠定堅實的基礎。

2 高密度電法作業原理及設備組成分析

2.1 高密度電法的工作原理

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

2.2 高密度電法的設備組成

高密度電法數據采集系統主要由主機、多路電極轉換器與電極系統這三部分構成，其中，多路電極轉換器能夠通過電纜對電力系統中各個電極的供電與測量狀態進行一定的控制；主機主要是通過通訊電纜、供電電纜將工作指令發送至多路電極轉換器中，然后再向電極供電，并且進行測量數據的接收與存貯。

圖1 高密度電阻率法工作原理示意圖

通常情況下，數字采集結果能夠自動存入主機中，主機只需要采用通訊軟件將原始數據傳輸至計算機，之后再通過計算機將數據轉換為處理軟件要求的數據格式即可。對于經過相應處理之后的模塊，對其進行畸變點剔除、地形校正等預處理之后，可制作成視電阻率等值線圖。此外，依據視電阻率的變化特征，并對鉆探與地質調查資料進行有效的結合，可在等值線圖上進行合理的地質解釋，并且還可繪制相應的物探成果解釋圖。近年來，國內外生產的高密度電法觀測系統日益增多，其主要由多動能數字激電儀、多路電極轉換器、高級電法處理軟件等共同構成，具體如圖2所示。

3 巖溶地區地下水勘查中高密度電法勘探的具體應用

在某巖溶地區地下水勘查作業中，共設置了2條測線，控制剖面線總長度為1200m，主要采用偶極-偶極進行裝置，且每一條線每一次布設60根電極，點距達10m，最大、最小極距系數為20、1，勘查深度要求超過150m，勘查范圍也需確保處于高密度電法勘探范圍內。

圖2 高密度電法系統示意圖

3.1 典型反演斷面圖分析（如圖3）

圖3 巖溶地區8號線的視電阻率反演斷面圖

通過圖3可知，在視電阻率斷面圖中間300m位置處，以及深度超過60m范圍內，存在較為明顯的低電性地質引發的低阻異常現象。通過分析電法有關資料可以發現，此處異常現象主要是由于灰巖溶蝕的存在而構成的斷裂間隙溶洞，相對于低阻異常與發育情況，此類溶洞斷裂間隙主要是由某種低阻填充物質填充而成的，具體如圖4所示，該圖為6號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號線的相同位置處，也存在很明顯的由低電性地質形成的低阻異常特征，且這兩組低阻異常形態基本相同。通過查閱有關電法綜合資料發現，此處異常現象主要是因為灰巖溶蝕的存在而構成的斷裂間隙溶洞，基于巖溶裂隙較低阻異常及發育情況可以發現，其主要是由某種低阻填充物質充填而形成的。

3.2 激電資料

通過高密度電法資料可知，在測量區域中部300m及深度60m位置處，存在于該區域地下水流方向基本相同的一處低阻異常體。通過電法資料可以推測出，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充填。此情況下，為了有效降低地下水開采作業中可能發生的風險，應當采用直流激電測深法確定裂隙內充填的低阻物質，并以此來推斷是否含有地下水。

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

此外，通過結合高密度電法有關資料可以發現，改測區低阻異常體發育方向可能為北東向，與水文地質條件相同。所以，只需要通過低阻異常體的激電效應，就能夠較高的、準確的反映出有水存在的可能性。通過上述分析可以推斷出，該測區地下水探采井為6號線的300m點位置處。

表1 6號線300m點直流激參數

3.3 鉆探驗證

通過分析、布井、施工，鉆孔結構自上而下依次為：

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

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

（3）對于58.0～113.5m段，主要表現為三疊系下統茅草鋪組，其巖性為灰色、深灰色，厚度表現為中至厚層的微晶灰巖或白云質灰巖，屬于裂隙形態發育。同時，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，還存在流量為1.20L/s的地下水；在70.0～85.0mm范圍內，地下水流量逐漸增大到8.50L/s，是該孔的主要含水區段。

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

通過詳細分析該區域鉆探施工實際情況可以發現，如果在該預測區域內打出一眼涌水量為800m3/d的優質水井，可使得當地人、蓄飲水及灌溉問題得到有效的解決。

4 結語

綜上所述，高密度電法勘探是一種相對成熟的綜合物理勘探工藝，其具備簡便、快捷、經濟、適用場地較小、應用范圍較為廣泛的特征。但在實際應用過程中，還存在一定的問題，需不斷加以完善，為我國勘查作業的良好發展奠定良好的基礎。

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[3]俞仁泉.超高密度電法在公路巖溶路基勘察中的應用[J].建材發展導向，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。