充電法在貴陽市站街太平村巖溶管道地下河路徑勘探中的應用

陳開銀　熊英舉

摘要：根據《貴陽市地下水基礎條件調查及綜合研究項目》，對貴陽市站街太平村地下水資源已受污染的現狀進行勘探調查，以確定巖溶管道地下水的主徑流帶，為該地的地下水資源治理提供依據。基于此，本文運用充電法，對該地區進行地下水勘探，并通過實例對充電法在巖溶管道地下河勘探中的應用效果進行驗證。物探結果與地質調查及試蹤試驗結果基本吻合，證明運用充電法勘探以確定巖溶管道地下水主徑流帶是一種可靠的物探測量方式。

關鍵詞：充電法;巖溶管道;地下河

1勘探區概況

勘探區位于貴陽市站街太平村，基巖以灰巖為主，巖溶管道較為發育。根據勘探區地形地貌形態、特征、組合類型等，區內地貌大致可劃分為溶蝕地貌、溶蝕一侵蝕地貌兩種形態。

溶蝕地貌：區內的主要地貌類型，形態復雜多樣。組合形態有溶蝕盆地、峰叢洼地、峰叢槽谷、峰叢谷地、溶丘谷地及殘丘坡地等，個體形態有孤峰、漏斗、石林、落水洞等。

溶蝕—侵蝕地貌：主要在碳酸鹽巖和碎屑巖互層類地層分布區，除溶蝕作用外，侵蝕作用亦具有重要作用。

鑒于勘探區巖溶較為發育，且有地下河出口QZS159、地下河天窗QZK21、落水洞QZK20及QZK23等露頭，故采用充電法進行測量，能更準確反映出巖溶體的空間展布情況。太平村地下河出口QZS159為雞場鋪一帶農田灌溉水源，目前遭受污染;該點東部500m處的地下河天窗QZK21（原太平村飲用水源地）水體渾濁，也受到了污染。地下河補給區內發育落水洞QZK20及QZK23，進入落水洞的地表水被站街鎮生活垃圾污染，但其排泄去向不明，推測可能會與QZS159存在水力聯系。

為了查明太平村地下河上游污染物主要污染途徑，為地下河污染治理提供詳細基礎資料，本次物探測量采用充電法對太平村地下河的主徑流帶以及污染物運移途徑進行查明，共布設5條測線，點距10m，測線長共3.3km，本次物探測量分別以地下河入口QZK20（1號入口）、QZK23（2號入口）、QZK21（地下河天窗露頭）及地下河出口QZS159為充電A極，其測線布置如圖1所示。

2方法概況

充電法是對地面上、坑道內或鉆孔中已經揭露的良導體直接充電，以解決某些地質問題的一種電法勘探方法，當對具有天然或人工露頭的良導地質體進行充電時，若良導地質體的電阻率遠小于圍巖電阻率時（<200倍），我們便可近似地把它看做理想導體。當理想導體位于一般導電介質中時，向其上任意一點供電（或稱“充電”）后，電流便遍及整個理想導體，然后垂直于導體表面流向周圍介質。電流在理想導體內流過時，不產生電位降，導體內電位處處相等，故又稱理想導體為等電位體。理想導體的充電電場與充電點的位置無關，只決定于充電電流的大小，充電導體的形狀、產狀、大小、位置及周圍介質的電性分布情況。

充電法主要有電位法、電位梯度法和直接追索等位線法三種觀測方式。電位法是將一個測量電極N固定在遠離測區的邊緣，作為電位零值點;另一測量電極M則沿測線逐點移動，觀測其相對于N極的電位差，作為M極所在測點的電位值u;同時觀測供電（即充電）電流I;計算歸一化電位值U/I。電位梯度法（簡稱梯度法）是使測量電極M和N保持一定距離（通常為1～2個測點距）沿測線一起移動，逐點進行電位差AU和供電電流I的觀測，計算歸一化電位梯度值AU/（MN·I）。記錄點為MN的中點。由于電位梯度值有正、負之分，故觀測時要注意待測電位差AU的符號變化。追索等位線法是利用測量電極M、N及聯在其間的10～20m導線和檢流計組成的追索線路，在測區內直接追索充電電場的等電位線。前兩種觀測方式是目前野外生產常采用的主要方式，特別是梯度法的裝置輕便，梯度曲線分辨力較強，故在充電法中最常用。直接追索等位線法生產效率較低，又僅能獲得等電位線資料，故一般很少用于面積性測量，只在用充電法確定地下水流向和流速時應用。

本次充電法測量采用的工作方法為電位梯度法，目的是追索太平村地下河徑流帶，分別以地下河入口QZK20（1號入口）、QZK23（2號入口）、QZK21（地下河天窗露頭）及地下河出口QZS159為充電A極充電，觀測點距10m，總觀測點數329個。觀測儀器為WGMD-9超級高密度電法儀，記錄電位差AU和供電電流I，計算歸一化電位梯度值AU/（MN·I），繪制各測線的電位梯度曲線圖。

3成果分析

本次物探測量共布設5條測線，分別以地下河入口QZK20（1號入口）、QZK23（2號入口）及地下河出口QZK21（地下河露頭）、QZSl59為充電A極得到電位梯度曲線，其電位梯度曲線如下圖所示：

物探1線長度600m，點距10m，該測線以地下河入口QZK20與地下河天窗露頭QZK21為充電目標體，以判斷其連通性。

工作中分別以QZK20為充電A極及QZK21為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖2可知，1號入口A極與1號入口B極電位梯度曲線形態基本相近，1號入口A極電位梯度曲線在300～550區間有多個零值點，而1號入口B極電位梯度曲線只有一個較為明顯的零值點出現，分析是由于以1號入口供電時由于該測線距入口較近，河水在1號入口進入地下后向周邊巖石多個方向滲流，造成多個零值點的出現，而以地下河天窗露頭QZK21為充電A極時，其與1號入口只有一個連通管道，所以只有一個較為明顯的零值點出現，綜合分析認為該充電目標體是連通的，在測線455m（Y1-1）位置零值點為地下河入口QZK20（1號入口）與地下河天窗露頭QZK21連通管道平面位置。

物探2線長度700m，點距10m，共計71個測點，該測線以地下河入口QZK20（1號入口）與地下河天窗露頭QZK21為充電目標體，以判斷其連通性。

為了判斷其連通性，工作中分別以QZK20為充電A極及QZK21為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖3可知，1號入口A極與1號入口B極電位梯度曲線形態基本相近，由于供電方向相反，其幅值正負號相反，綜合分析認為該充電目標體是連通的，在測線490m（Y2-1）位置零值點為地下河入口QZK20（1號入口）與地下河天窗露頭QZK21連通管道平面位置。

物探3線長度700m，點距10m，該測線以地下河人口QZK23與地下河出口QZS159為充電目標體，以判斷其連通性。

工作中分別以QZK23為充電A極及QZSl59為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖4可知，2號入口A極與2號入口B極電位梯度曲線形態基本相近，由于供電方向相反，其幅值正負號相反，在測線385m（Y3-1）位置有一明顯零值點，綜合分析認為該充電目標體是連通的，測線385m位置為地下河入口QZK23（2號入口）與地下河出口QZSl59連通管道平面位置。

物探4線長度600m，點距10m，該測線以地下河入口QZK23（2號入口）與地下河出口QZS159為充電目標體，以判斷其連通性。

為了判斷其連通性，工作中分別以QZK23為充電A極及QZSl59為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖5可知，2號入口A極與2號入口B極電位梯度曲線形態基本相近，由于供電方向相反，其幅值正負號相反，在測線170m位置有一明顯零值點，綜合分析認為該充電目標體是連通的，在測線170m（Y4-1）位置零值點為地下河入口QZK23（2號入口）與地下河出口QZS159連通管道平面位置。

物探5線長度700m，該測線以地下河入口QZK23（2號入口）與地下河出口QZS159為充電目標體，以判斷其連通性。

為了判斷其連通性，工作中分別以QZK23為充電A極及QZS159為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖6可知，2號入口A極與2號入口B極電位梯度曲線形態基本相近，由于供電方向相反，其幅值正負號相反，在測線322m位置有一明顯零值點，綜合分析認為該充電目標體是連通的，在測線322m（Y5-1）位置零值點為地下河入口QZK23（2號入口）與地下河出口QZS159連通管道平面位置。

4結論與建議

由以上各線電位梯度曲線分析結果可知地下河入口QZK20（1號入口）、QZK23（2號入口）、QZK21（地下河天窗露頭）及地下河出口QZS159均是相互連通的，且基本判斷出了太平村小寨地區地下河發育路徑（參見圖1），其結果與試蹤試驗結果相吻合，由此表明，在有地下水露頭區域運用充電法電位梯度測量以確定地下河管道位置上具有較好的應用效果。

在實際工作中，為了取得更好的測量效果，可設置較小的測點間距，選取合適的AB/2極距，選擇較大的充電電流。需要注意的是，當采用較小測點距時，測量深度較淺，要結合工作實際情況給以綜合考慮。在條件允許時可適當增加其他工作方法綜合判斷，提高物探測量結果的準確率。

作者簡介：陳開銀（1987— ），男，漢族，貴州貴陽人，本科，工程師，2011年畢業于中國地質大學（武漢）物探專業，一直從事地球物理電法勘探工作;熊英舉（1987— ），男，漢族，貴州貴陽人，本科，工程師，2009年畢業于中國地質大學（武漢）物探專業，一直從事地球物理應用研究工作。