變質(zhì)巖山區(qū)高密度電法找水案例

宋云峰，武愛華，李雪梅

1.泰安水文水資源勘測局,山東泰安 271000

2.泰安市岱岳區(qū)水務局,山東泰安 271000

3.泰安市水利和漁業(yè)局,山東泰安 271000

1 概述

岱岳區(qū)西部屬于低山丘陵變質(zhì)巖貧水山區(qū)，很多單位城市供水管網(wǎng)沒有覆蓋，近年來，隨著新型城鎮(zhèn)建設和工業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，點狀用水單位不斷增加，需要鉆探自備井取水。中國石油天然氣股份有限公司西氣東輸管道分公司泰安壓氣站位于岱岳區(qū)道朗鎮(zhèn)，需鉆探供水井解決站區(qū)生產(chǎn)、生活及消防用水問題。為確定供水井具體位置，采用電測手段，對工程場地進行了水文地質(zhì)勘測和物探測量工作，以此推斷在剖面控制范圍內(nèi)富水砂層及風化裂隙的發(fā)育程度，劃分富含水區(qū)段。

2 地形地貌

區(qū)域內(nèi)為南北環(huán)山，中間低洼，地勢東高西低，山嶺綿亙，溝谷縱橫，屬構(gòu)造剝蝕淺切割低山丘陵地形地貌。

3 地層巖性

本區(qū)地層分布主要為第四系、太古界。第四系區(qū)內(nèi)廣泛分布，主要由更、全新統(tǒng)沖積、洪積相的松散巖類堆積物組成，其巖性自上而下分別為：暗黃色粘質(zhì)砂土；中細砂；風化極嚴重卵石土，一般厚度約為5 m左右。太古界隱伏于第四系以下，屬變質(zhì)巖群，主要巖性為黑云母斜長片麻巖、斜長角閃巖、花崗片麻巖，隨著區(qū)域變質(zhì)作用，普遍發(fā)生混合巖化，呈北西向條帶狀分布，中細粒結(jié)構(gòu)，粒塊狀構(gòu)造，總厚度大于8000 m。

4 構(gòu)造

大地構(gòu)造位置屬華北地臺魯西臺背斜的一部分，泰安）～萊（蕪）斷陷盆地之西半部，構(gòu)造上受泰山山脈弧形大斷裂控制，形成太古界變質(zhì)巖系裸露低山丘陵區(qū)，第四系以來，一直受上升運動的影響，斷裂構(gòu)造及巖層剝蝕作用發(fā)育強烈，形成南北兩面環(huán)山、中間低洼的地貌形態(tài)。

5 水文地質(zhì)條件

5.1 孔隙潛水

5.1.1 降雨入滲補給 水源地上層為粘質(zhì)砂土夾砂層，透水性較好，又因地勢比較低洼，雨后較少形成地表徑流，故降水入滲補給系數(shù)較大。

5.1.2 站區(qū)外地下水側(cè)向補給 水源地位于康王河上游萬米洞出水口南側(cè)，河道自東向西流，水力坡度與地形坡度基本一致，上部為第四系沖積、洪積帶，受大氣降水與河道側(cè)向補給，該層孔隙潛水比較豐富。

5.2 風化成巖裂隙水

由于受氣候、溫度、降水等因素，經(jīng)過年長日久的風化破壞，表層巖體逐漸分離崩解為巖屑，風化碎屑沿著變質(zhì)巖原有結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀組成裂隙空間，裂隙沿片理和劈理面以及各種結(jié)構(gòu)面發(fā)育，由大氣降水補給。形成了網(wǎng)狀風化裂隙富水區(qū)。

成巖裂隙主要是變質(zhì)巖在其生成過程中，不同巖性巖石組合，在接觸帶產(chǎn)生的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂隙比較發(fā)育，形成了線狀構(gòu)造裂隙富水區(qū)[1]。

5.3 地下水排泄

本區(qū)地下水排泄以水平排泄為主，向下游的龍門口水庫排泄。垂直排泄以潛水蒸發(fā)形式為主，由于地下水埋深大于3 m，故蒸發(fā)量甚微。

6 地球物理特征

6.1 電性特征

在該區(qū)分布地層巖性較單一，第四系粘質(zhì)砂土呈低阻特征，地表局部人工堆積與建筑垃圾及下伏變質(zhì)巖電阻率均呈高阻。但隨著巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度、破碎程度、巖溶發(fā)育程度的增強，填充物含量的增加，電阻率呈急劇下降趨勢。這種差異，為利用電阻率法進行勘探提供了必要的物理前提。

對于發(fā)育較大規(guī)模構(gòu)造裂隙來說，因地下水的活動等因素，使其富水性好，一般認為其電阻率值比變質(zhì)巖電阻率值低[2]。

6.2 異常特征

據(jù)上述電性特征分析，本地段反映富水性砂層及斷裂構(gòu)造存在時，產(chǎn)生的異常類別主要為低阻異常，也就是說本地段勘探結(jié)果主要尋找的對象為低阻異常體。

7 工作方法

高密度電阻率法是以地殼中巖石和礦石的導電性差異為物理基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的地中電流場的分布規(guī)律進行找水和解決地址問題的一種物探方法。工作過程中嚴格按《電阻率剖面法技術(shù)規(guī)程》要求執(zhí)行，開工前對所有儀器設備進行全面系統(tǒng)的檢查，調(diào)節(jié)和標定，確保儀器工作正常。對所用導線進行整理和漏電檢查，排除故障，保證野外儀器設備不帶病工作。裝置形式采用微分裝置，對所取得的資料均進行100%復算，繪制視電阻率等值線斷面圖[4]。

8 物探工程布置

在充分進行了地質(zhì)踏勘和收集資料的基礎(chǔ)上，在泰安壓氣站新建工程場地北端和北部東西路上東西向布置兩條高密度測探剖面，1線控制長度364 m，2線控制長度413 m。兩條側(cè)線平行布置，間距39 m，其中2線起點與1線相較東移70 m（詳見工程布置圖）。

9 資料解釋推斷

通過軟件，對實測資料進行了處理，繪制了溫納裝置高密度電法剖面圖[5]。

剖面視電阻率色譜特征較為明顯，所獲得的剖面電性資料均較清楚地反映了巖石的分布特征。巖性分界面（高低阻差異）清晰可見，基本反映在剖面控制范圍。從高密度測量斷面圖看，兩條剖面整體規(guī)律相同，淺部視電阻率較低，隨著深度的增加視電阻率逐漸增大且成層性較好，部分地區(qū)出現(xiàn)起伏，推斷為局部地層成性不均勻引起[3]。

分析1線視電阻率斷面圖，整體符合淺部低，隨著深度的增加逐漸增大的規(guī)律。在剖面245 m即樁號41號處，存在一較明顯向下延伸的低阻區(qū)，視電阻率低于20 ?·m，推斷為富水性較好的破碎帶引起。在190 m附近，對應樁號28號同時存在一向下延伸的低阻帶，相較東部低阻帶，該異常向下延伸較小，推斷為含水性較好的砂層引起。

圖1 冀寧管道南段增壓工程泰安壓氣站場地高密度測量工程布置圖 比例尺1:1000Fig.1 The engineering plan of high density measurement at Tai’an compressor station of Jining booster of the southern section of pipeline engineering

為驗證1線低阻異常區(qū)，并確定其走向，在1線南39 m處布設高密度勘探2線，為更好地反映異常，相較1線在東西方向上東移70 m。從斷面圖看，在該線230 m處，對應樁號34號附近，存在一明顯向下延伸的低阻帶與1線東部低阻帶相對應。該線西部133 m，對應樁號19號附近也存在一向下延伸有限的低阻區(qū)，與1線西部異常相對應，推斷為富水性較好的地層[4]。

圖2 1線高密度測深斷面圖Fig.2 High density sounding cross-section diagram of line 1

圖3 2線高密度測深斷面圖Fig.3 High density sounding cross-section diagram of line 2

10 建議

10.1 井位確定

圖4 Q-S-t關(guān)系曲線Fig.4 The relation curve of Q-S-t

通過物探工作，在施工的剖面范圍內(nèi)，在工區(qū)內(nèi)存在兩條較好的低阻異常區(qū)，推斷為含水區(qū)域，可將低阻異常帶作為水井靶區(qū)。井位具體位置應綜合物探異常位置及場區(qū)建筑物影響而確定。

10.2 水井設計深度

根據(jù)壓氣站各種用水需求和變質(zhì)巖山區(qū)出水概率，設計供水井4眼，單井設計深度100 m。

11 供水井成井報告

經(jīng)過高密度物探測量，優(yōu)選了四眼井的位置。鉆探后揭露巖心地層，0～5 m，粉質(zhì)砂土，暗黃色，結(jié)構(gòu)松散，3～4 m為砂層，賦水條件較好；5～100 m，花崗片麻巖，中細粒結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，14 m以上比較風化，成粒塊狀，網(wǎng)狀風化裂隙比較發(fā)育，下部巖石堅硬破碎，線狀構(gòu)造裂隙比較發(fā)育，下部巖石堅硬破碎，為主要含水層。洗井與抽水試驗同時進行,使用175QJ10-112潛水電泵，靜水位自井口以下2.8 m，動水位自井口以下70 m，單井小時出水量5.6 m3，晝夜出水量134 m3，完全滿足需水要求[5]。

表1 抽水試驗綜合數(shù)據(jù)Table 1 Synthetic data of pumping test

12 結(jié)論

在變質(zhì)巖山區(qū)找水難度較大，單井小時出水量5 m3以上概率低于20%。通過水文地質(zhì)勘測資料收集，在基本查清區(qū)域內(nèi)地形地貌、地層巖性、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采用高密度物探測量手段和專用反演成圖軟件對測得的數(shù)據(jù)進行處理，對工作過程中數(shù)據(jù)采集突變點及畸變點改正與剔除，繪制了高密度測深斷面圖，推斷在剖面控制范圍內(nèi)富水砂層及風化裂隙的發(fā)育程度，劃分富含水區(qū)段，為確定供水井具體位置提供地球物理依據(jù)。

[1] 王大純,張人權(quán),史毅虹,等.水文地質(zhì)學基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社,1995

[2] 傅良魁.應用地球物理教程-電法勘探[M].北京:地質(zhì)出版社,1991

[3] 葛如冰,黃偉義.高密度電阻率法在灰?guī)r地區(qū)的應用研究[J].物探與化探,1999(1):36-38

[4] 王興泰.工程與環(huán)境物探新方法新技術(shù)[M].北京:地質(zhì)出版社,2003

[5] 鄧超文.高密度電法的原理及工程應用[J].韶關(guān)學院院報·自然科學版,2007,8(6):66-67