電阻率對稱四極法在找水打井中的應用

羅發科

摘要：本文以貴安新區高峰鎮王家院村莊上組找水打井工程為例，介紹電阻率對稱四極法工作原理、方法技術，在場地條件不利于布設無窮遠極導致聯合剖面法無法運用情況下，結合地形地物、水文地質條件，因地制宜地開展電阻率對稱四極剖面法和對稱四極測深法選定最佳井位和鉆進深度，成功解決了近500人的飲水安全問題和在干旱年份水源水量不足的問題，滿足了當地群眾生活及經濟發展需要。

關鍵詞：地下水；找水打井；物探；對稱四極法

1.地質及地球物理特征

1.1地質特征

區域上處于貴陽復雜構造變形區，測區西側發育一條北東走向平推斷層，斷層面向西傾斜，地層斷距大，傾角約35°～50°；南東側發育一條近東西向的斷層。測區覆蓋層為第四系（Q）粘土；下伏地層為三疊系青巖組（T2q），巖性為灰色薄至中厚層泥晶灰巖、生物碎屑灰巖夾礫屑灰巖及少量灰黃色鈣質粘土巖，地下水賦存運移于地下構造裂隙、層間裂隙和溶蝕裂隙及小的溶洞中，但溶蝕裂隙規模較小，透水性中等，部分呈弱透水性，均勻性較差，屬中等富水性含水巖組，地下水類型為巖溶孔隙—裂隙水。

1.2地球物理特征

第四系粘土層電阻率50Ω·m～200Ω·m之間，鈣質粘土巖100Ω·m～300Ω·m之間，破碎含水灰巖電阻率在300Ω·m～1000Ω·m之間，完整灰巖電阻率一般在1000Ω·m以上，破碎含水灰巖電阻率與第四系粘土層電阻率、鈣質粘土巖電阻率、完整灰巖電阻率存在明顯的差異，具備開展電阻率法找水的物性前提。

2.電阻率對稱四極法工作原理

不同地層或同一地層由于成分或結構等因素的不同，而具有不同的電阻率，通過接地電極將直流電供入地下，建立穩定的人工電場在地表觀測某點在水平或垂直方向的電阻率變化，從而了解地層巖（土）體電阻率的分布特性。裝置示意圖如圖1所示，沿物探測線布設A、M、N、B四個電極，AB為供電電極，MN為測量電極，當AB供電時用儀器測出地下半空間的供電電流I和MN間的電位差ΔV，用公示（1）計算出MN間地層的視電阻率：

ρs=KΔV/I（1）

其中，ρs為巖層的視電阻率（Ω·m）；ΔV為測量電極間的電位差（mV）；I為供電回路的電流強度（mA）；K為裝置系數，與供電和測量電極間距有關，按式（2）計算：

K=πAM·AN/MN（2）

對稱四極法有對稱四極剖面法和對稱四極測深法。剖面法測量時，MN間距一般為一個測點距，AM=NB=（1～n）MN，n根據勘探深度和場地條件確定，A、M、N、B同時向一個方向移動逐點觀測計算MN中點的視電阻率。測深時，將M、N極固定在測深點兩側，向測深點兩側移動A、B極（AM=NB），觀測計算多個AB/2極距下的視電阻率，達到測深目的。

3.工作方法及參數選擇

測區西側由南往北流經一條寬約10m的河流，北側有株—六鐵路復線穿過，東側有在建的貴昆高鐵和民房，造成聯合剖面法施展受限而采用對稱四極法，在水文地質調查基礎上，布設了3條方位35°的物探測線，測線間距100m，測點距10m。先在3條測線上開展對稱四極剖面法工作，繪制ρS平面剖面圖，判定巖土體含水性及地下水主徑流通道。然后在地下水相對富集的剖面上開展對稱四極測深工作，了解巖土體由淺及深的電性結構分布情況，劃分巖土體的含水性及埋深，為鉆井設計施工提供物探依據。

觀測儀器采用重慶地質儀器廠研制的DZD-6多功能直流電法儀。剖面測量工作參數：AB=210m，MN=10m，觀測點距10m。測深測量工作參數：AB/2距1.5m、2.5m、4m、6m、9m、15m、25m、40m、65m、100m、150m、220m、340m，MN/2距0.5m、1.5m、3m、6m，測深點距10m。

4.異常特征

從對稱四極ρS平面剖面圖（見圖2）上看，1號線44.5點、50.5～51.5段、60.5～63.5/1段，2號線50.5～53.5段，3號線50.5～51.5段，300Ω·m≤ρS≤1000Ω·m，顯示這些地（點）段巖體溶蝕裂隙較發育或較為破碎，含水性較好；其余地段ρS在1000Ω·m以上，表明巖體完整，含水性差。推測51.5/1點、51.5/2點、53.5/2點、51.5/3點連線一帶地下水較富集，為測區地下水的主徑流通道。

從1號線對稱四極測深ρS擬斷面圖上看，在49.5～53.5段300Ω·m～1000Ω·m各條ρS等值線表現為明顯的“V”字形特征，谷底位于51.5點，推測51.5點從淺部（AB/2為4m）到深部（AB/2為340m）巖體溶蝕裂隙較發育（或破碎），發育深度大于150m，顯示深部地下水較富集，是測區內的最佳鉆井取水點。

5.鉆井驗證效果分析

鉆探工程查明：該井在孔深7.5m～11.0m處裂隙發育，初見地下水。在26.0m～29.0m、50.0m～53.0m、76.5m～79.5m段均發育有裂隙，均見水量變大，均為該井的主要出水段。孔深7.5m測得瞬時流量為0.331L/S；孔深11.0m測得瞬時流量為0.546L/S；孔深26.0m測得瞬時流量為0.644L/S；孔深29.0m測得瞬時流量為0.812L/S；孔深50.0m測得瞬時流量為0.926L/S；孔深53.0m測得瞬時流量為1.094L/S；孔深76.5m測得瞬時流量為1.296L/S；孔深79.5m測得瞬時流量為1.638L/S。根據生化指標分析，水質指標分類為良好（Ⅱ類），適用于各種用途。

6.結語

（1）直流電阻率法是碳酸鹽地區常用的物探找水方法，普遍采用的裝置為聯合剖面+測深，當無窮遠極布設受阻無法施展聯合剖面觀測時，可根據測區水文地質條件和地形地物情況布設對稱四極剖面開展面上觀測，結合對稱四極測深資料確定最佳鉆井位。

（2）該機井工程實施的建成，每日可為區內提供100m3/d以上良好的地下水資源，徹底解決了高峰鎮王家院村莊上組一帶人畜安全飲水問題，同時剩余水資源量可兼顧農田灌溉，將對地方經濟和區域經濟的持續發展起到積極的促進作用。

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