高密度電法與水文地質(zhì)勘查在鄉(xiāng)村振興找水中的應(yīng)用

趙迷迷 謝奇

摘要：為助推廣東省某村脫貧攻堅(jiān)和鄉(xiāng)村振興，切實(shí)解決該村飲用水供應(yīng)不足、水質(zhì)不穩(wěn)定、供水點(diǎn)分散及水源地衛(wèi)生條件差等問題，本文從找水方向、方法技術(shù)及案例分析的角度，探討高密度電法與水文地質(zhì)勘查相結(jié)合在鄉(xiāng)村振興找水中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高密度電法；水文地質(zhì)；溫納—施倫貝爾裝置；鄉(xiāng)村振興

1.引言

地下水是人類生存和發(fā)展所不可缺少的寶貴天然資源，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要的意義[1]。在地下水資源勘查中，常以水文地質(zhì)勘查為基礎(chǔ)，研究和分析地下水的賦存規(guī)律，再以物探方法作為主要勘查技術(shù)手段，查明含水層、隔水層、裂隙、構(gòu)造等的空間分布特征和賦水情況[2-3]。物探方法的選取主要根據(jù)找水場地的復(fù)雜性酌情選擇單一方法或組合方法，常用于地下水勘查的物探方法一般分為地面電法、電測井法、熱測井法及磁法，其中地面電法使用最普遍，包含高密度電阻率法、交流電磁法、電磁測深法及以遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）組成的“3S”技術(shù)[4-5]。

2.工作區(qū)基本概況

工作區(qū)位于廣東省某村，為較典型的貧困村，屬粵東北低山丘陵地帶，地勢總體呈現(xiàn)南西和北東高、中部低的趨勢，海拔高程179.2m～514.8m，自然坡度為15°～ 20°。本區(qū)位于北回歸線以北，氣候溫暖、潮濕、多雨，為典型的亞熱帶溫暖潮濕季風(fēng)氣候區(qū)。工作區(qū)內(nèi)及附近水系不發(fā)育，主要為山間小溪流，自南向北匯入高陂水庫，流量受降雨等因素影響較大，夏季易出現(xiàn)洪峰，冬季則流量較小。村內(nèi)常年存在飲用水供應(yīng)不足、水質(zhì)不穩(wěn)定、供水點(diǎn)分散及水源地衛(wèi)生條件差等問題，飲水安全亟待解決。

3.地質(zhì)概況

工作區(qū)內(nèi)出露的地層主要為白堊系上統(tǒng)南雄群（K2N），見圖1，主要分布于工作區(qū)南東部，巖性主要為灰白色、紅褐色礫巖、砂礫巖等。其次為第四系沖洪積層（Q）：主要分布于河流兩側(cè)及山溝等低洼地帶，主要由砂、粉砂、礫石及粘土等組成，一般厚度1m～5m。工作區(qū)內(nèi)出露構(gòu)造主要為北西向構(gòu)造F1，寬約1.0m，出露長度不清，為擠壓破碎帶，產(chǎn)狀155°∠72°。

通過水文地質(zhì)勘查，工作區(qū)內(nèi)及附近水系不發(fā)育，主要為山間小溪流，為季節(jié)型河流，一般河水流量小，流量為0.5L/s～6.3L/s。此外，在F1構(gòu)造附近發(fā)現(xiàn)4口民井（MJ1～MJ4），其中MJ1位于構(gòu)造西部，井深約2.30m，水位埋深約0.20m，經(jīng)簡易抽水試驗(yàn)觀測，水量約1.05m3/d，僅能滿足少量的農(nóng)業(yè)灌溉用水；MJ2、MJ3、MJ4位于構(gòu)造東部，井深19.82m～21.10m不等，一般水位埋深約3.08m～4.80m，水量較小，僅能滿足水井戶主日常生活及少量的農(nóng)業(yè)灌溉用水。工作區(qū)內(nèi)含水層主要分為松散巖類孔隙含水層、基巖裂隙含水層及斷裂構(gòu)造含水層。其中松散巖類孔隙水主要賦存于第四系殘坡積層及東部溪流及山溝等低洼地段的沖洪積層中，厚度較薄，隨地形起伏較大，具良好的排泄條件，富水性弱，水量貧乏；基巖裂隙水主要賦存于白堊系上統(tǒng)南雄群的強(qiáng)風(fēng)化裂隙中，水力性質(zhì)屬潛水型，泉流量<0.01～0.025L/s，富水性弱，水量貧乏；構(gòu)造裂隙水賦存于構(gòu)造裂隙中，主要含水帶形成于斷裂構(gòu)造上、下盤接觸帶裂隙及延伸地帶，含水帶具微承壓特性，水頭高度與基巖裂隙水靜止水位基本一致，富水性弱。區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，其補(bǔ)給區(qū)及排泄區(qū)基本一致，二者由大氣降水及地表水補(bǔ)給，以泉及蒸發(fā)形式排泄；構(gòu)造裂隙水與基巖裂隙水及松散巖類孔隙水之間水力聯(lián)系密切，三者為直接補(bǔ)給關(guān)系，水力性質(zhì)具無壓水轉(zhuǎn)承壓水性質(zhì)。

4.找水方法與技術(shù)

4.1找水方向

通過開展水文地質(zhì)勘查工作，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)內(nèi)及附近水系不發(fā)育，主要為山間小溪流，未發(fā)現(xiàn)較大的地表水體；各含水層均富水性弱，水量貧乏；工作區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅發(fā)現(xiàn)F1出露于道路邊坡崩塌面，規(guī)模較小；發(fā)現(xiàn)4處民井，水量較小。為進(jìn)一步探索深部是否存在富水構(gòu)造及有利含水區(qū)域，并綜合考慮施工成本、各種物探手段及測量儀器的技術(shù)要求、工作區(qū)內(nèi)公路、電線與建筑物等地表地物分布情況等，在民井附近，選用高密度電法測量開展地下水資源勘查工作。

4.2工作方法

高密度電法勘探儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠研制生產(chǎn)的WDJD-3型多功能數(shù)字直流激電儀。該儀器具有存儲量大、測量準(zhǔn)確快速、操作方便等特點(diǎn)。最大供電電壓900V，最大供電電流5A，電極轉(zhuǎn)換無須人為干預(yù)，可組成各種四極、三極裝置，實(shí)際工作中可以根據(jù)情況選擇合適的裝置。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示等值線剖面或彩色映像剖面；輸出功率200V/200mA；可與計(jì)算機(jī)串行通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。廣泛適用于勘探深度小于200m的工程勘探、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、地下水調(diào)查和礦產(chǎn)勘查。

高密度電法各類裝置中由于溫納裝置的垂向分辨率相對較高，施倫貝爾裝置對地質(zhì)體在水平方向上的變化非常靈敏，分辨率很高[6]，故采用溫納-施倫貝爾組合裝置開展測量，便于資料對比和室內(nèi)解釋。溫納裝置又稱對稱四極裝置，A、M、N、B等間距排列，其中A、B為供電電極，M、N為測量電極，測量時(shí)，電極間距按隔離系數(shù)由小到大的順序等間隔增加，四個(gè)電極之間的間距也均勻拉大，該測量方式為剖面測量，所得斷面為倒梯形；施倫貝爾裝置的測量方式為測深測量，測量時(shí)，M、N保持不動，A、B同時(shí)逐點(diǎn)分別向左、右移動，得到一條滾動掃描測量線，然后A、M、N、B同時(shí)向右移動一個(gè)電極，再按照同樣的方式跑極，得到另一條滾動掃描測量線，所得斷面為矩形。

4.3工作成果

本次完成高密度電法測量測線1條（YG01），電極距為5m，測線長度為300m，方位為160°。測量成果表明：YG01測線范圍內(nèi)視電阻率值總體在20Ω·m～3000Ω·m區(qū)間內(nèi)，總體變化較大，低阻與高阻分區(qū)明顯、界線清晰，根據(jù)高密度電法測量視電阻率的幅值、形態(tài)、連續(xù)性和空間分布規(guī)律，推斷出1條地質(zhì)構(gòu)造，圈定1處富水區(qū)域（圖2），分述如下：

測線80m～130m（16～26號電極）下方50m～80m位置有約30m×40m的面狀低阻異常區(qū)D01，異常區(qū)視電阻率值相對較低，在20Ω·m～100Ω·m區(qū)間內(nèi)，連續(xù)性好，規(guī)模較大，根據(jù)其幅值、形態(tài)、連續(xù)性和空間分布規(guī)律，結(jié)合地質(zhì)、水文勘查成果，推斷該面狀低阻異常可能與深部地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，低阻異?？赡苡蓸?gòu)造交匯或巖性接觸帶富水或其他金屬類低阻物質(zhì)富集引起，具備富水條件。建議于YG01測線24號點(diǎn)位，即測線115m位置針對面狀低阻異常區(qū)D01實(shí)施取水鉆孔，驗(yàn)證該區(qū)的地下富水性。

測線點(diǎn)位110m～210m（22～42號電極）下方50m～100m位置有寬30m～37m的帶狀高阻異常帶G01，異常帶視電阻率值相對較高，在500Ω·m～2000Ω·m區(qū)間內(nèi)，連續(xù)性較好，規(guī)模大，根據(jù)其幅值、形態(tài)、連續(xù)性和空間分布規(guī)律，結(jié)合地表構(gòu)造出露情況，推斷可能存在構(gòu)造破碎帶H01，傾角約53°，可能為構(gòu)造F1的分支，高阻異?？赡苡蓸?gòu)造破碎帶富集高阻物質(zhì)導(dǎo)致，不具備富水條件。

5.鉆孔驗(yàn)證

針對高密度電法測量成果，布設(shè)了鉆孔ZK1，高密度電法測量成果圖與鉆孔驗(yàn)證情況見圖3。根據(jù)機(jī)械巖心鉆探，73.59m～74.49m處為擠壓破碎帶，可見有構(gòu)造泥，局部裂隙面光滑，含少量原巖角礫，局部亦可見有石英細(xì)脈，裂隙發(fā)育，具綠泥石化、碳酸鹽化及褐鐵礦化，巖心破碎，施工至該段時(shí)因故停工，次日見孔口涌水，涌水量約0.03m3/d。鉆孔85.86m～136.87m段有7處巖心破碎，施工完該段后涌水量增加明顯，約9.84m3/d，為主要含水層位。

鉆孔成井后，根據(jù)《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50027-2001）要求進(jìn)行了最大降深的抽水試驗(yàn)，允許開采量為103.40m3/d。抽水試驗(yàn)結(jié)束一段時(shí)間后，直接接取水樣進(jìn)行飲用水水質(zhì)分析，檢測結(jié)果表明：水樣無異味、異臭，無肉眼可見物，色度、渾濁度NTU、總硬度、氟化物、氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、砷、鎘、鉛、汞、錳及總大腸菌落等指標(biāo)均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）。根據(jù)《2020年廣東水資源公告》，廣東省農(nóng)村居民人均生活用水量為132 L/d，正常開采時(shí)，每天可供應(yīng)約783人的生活用水，因村中半數(shù)以上村民外出務(wù)工，非常住村中，因此基本可以解決全村村民的日常用水問題。

6.結(jié)論

通過開展水文地質(zhì)勘查工作，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)內(nèi)及附近水系不發(fā)育，各含水層均富水性弱，水量貧乏，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，發(fā)現(xiàn)4口民井均水量較小，為探索深部是否存在富水構(gòu)造及有利含水區(qū)域，綜合考慮施工成本、施工條件、各種物探手段及測量儀器的技術(shù)要求等，選用高密度電法中的溫納-施倫貝爾組合裝置開展地下水資源勘查工作。高密度電法測量成果表明：測線范圍內(nèi)視電阻率值總體在20Ω·m～3000Ω·m區(qū)間內(nèi)，推斷出1條地質(zhì)構(gòu)造，圈定1處富水區(qū)域，提高了在工作區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)認(rèn)識，為取水鉆孔的布設(shè)提供了依據(jù)。經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，高密度電法測量圈定1處富水區(qū)域，涌水量為103.40m3/d，各項(xiàng)指標(biāo)均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，水量滿足全村村民的日常用水，因此，高密度電法與水文地質(zhì)勘查結(jié)合使用，經(jīng)濟(jì)、有效，是針對貧困地區(qū)地下水資源勘查的有效手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]史長春.水文地質(zhì)勘查[M].水利水電出版社， 1983年2月（第一版）.

[2]于麗莎，潘曉東，曾潔，等；魯中南泰萊盆地巖溶地下水賦存特征和找水規(guī)律[J].地質(zhì)與勘探，2019. 55（1）： 168-177.

[3]劉聲凱，劉海飛，黃超，等；水文地質(zhì)調(diào)查與綜合物探在贛南花崗巖地區(qū)找水中的應(yīng)用[J].地質(zhì)與勘探， 2021. 57（3）： 584-592.

[4]武毅，朱慶俊，等；淺談地下水地球物理勘查技術(shù)幾個(gè)問題[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)， 2004年第3期： 111-114.

[5]白桂君.地下水地球物理勘查技術(shù)幾個(gè)問題[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新， 2018. 16： 38-39.

[6]馬志飛，劉鴻福，葉章，等；高密度電法不同跑極方式的對比及效果分析[J].工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用. 2008年第3期： 11-15.