綜合電法在西南巖溶區(qū)地下水勘查實例解析

宋洪偉，夏 凡

（1．中國地質(zhì)科學院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061；2．河北省環(huán)境科學研究院 ，石家莊 050037）

0 前言

我國西南地區(qū)喀斯特地貌發(fā)育，廣泛分布峰叢、峰林及孤峰。受巖溶作用的影響，在西南巖溶地區(qū)進行地下水勘查工作難度大，開展水文地質(zhì)物探工作也更為謹慎。地下水勘查物探工作的物探方法為大功率激發(fā)激化法，其在各種類型巖性地區(qū)的找水工作中發(fā)揮著重要作用。由于其勘探深度大的特點在內(nèi)蒙、新疆、西藏等西北、華北缺水地區(qū)的地下水勘查工作中有著很好的應(yīng)用效果?？紤]到巖溶地區(qū)特殊的儲水結(jié)構(gòu)，僅僅依靠激電測深法有很大的局限性，如果配合高密度電法，在探尋地下暗河及儲水溶洞的工作中可以達到事半功倍的效果[1～3]。

1 物探方法介紹

1.1 大功率激發(fā)極化法

大功率激發(fā)極化法又稱激電法，是一種以不同巖礦石的激電效應(yīng)之差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測和研究大地激電效應(yīng)，以探查地下地質(zhì)情況的一種勘探方法，是最傳統(tǒng)、有效的地下水勘查方法之一。不僅在區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查工作中發(fā)揮了重要作用，而且在抗旱搶險工作中解決了旱區(qū)人民的飲水困難。因此，在進行地下水地球物理勘探中，激發(fā)極化法一直被水文地質(zhì)工作者廣泛應(yīng)用。

研究表明，充水裂隙、破碎帶及由粘土礦物組成的巖石等，充、放電速度很快，而顆粒較粗(如砂或砂礫組成)的巖石和完整巖石充放電速度則較慢。這對評價激電異常和利用激電法找水很有實際意義，也是用激電法尋找地下水的地球物理前提。其電阻率公式為：

式中:ρs——視電阻率（Ω?m）；

K——由AB、MN各極點相對距離得出的系數(shù)。本次激電工作設(shè)計如下：

（1）由于本次任務(wù)找水目標為300m之下的深層水，因此確定采用AB/2最大極距為1000m以達到勘探深度要求。

（2）為保證勘探精度，采用了7.5kW的大功率發(fā)電機，一次場電位必須達到30mV以上。由于本次勘探區(qū)處于農(nóng)田中，接地效果較好，即便如此為保證供電效果，在AB極兩端采取了十幾根經(jīng)過打磨的鋼釬，并澆上大量水來降低接地電阻。

（3）完整巖石電阻率相對較高，電測深ρs曲線一般表現(xiàn)為“A”型，斜率一般在45°左右。由于斷裂構(gòu)造充水、溶蝕，巖溶發(fā)育地段電阻率將明顯降低，形成低阻異常。在斷裂構(gòu)造上及巖溶裂隙發(fā)育帶上ρs同步下降低阻呈“H”型曲線，曲線出現(xiàn)平臺、拐折異常特征?？碧街幸盐者@樣的原則，注意所謂平臺、臺階的存在[4～6]。

1.2 超高密度電阻率法

超高密度直流電法勘探反演系統(tǒng)是近幾年才剛剛引進我國的一種新型直流電法勘探儀器，其不同于傳統(tǒng)高密度電法的數(shù)據(jù)采集方式，忽略偶極、溫納等裝置的選擇。而采取全自動、自由組合的數(shù)據(jù)采集方式，采取的數(shù)據(jù)主要為不同電極組合之間的電勢差，使得同樣電極數(shù)的情況下，采集的數(shù)據(jù)量將超過常規(guī)方法40倍以上，無須顧及各種不同的數(shù)據(jù)采集裝置的優(yōu)缺點。同時，其多通道的工作模式能夠同時采集61組V/I數(shù)據(jù)，所以不會因采集數(shù)據(jù)過大而影響采集速度。同時由于其操作簡單、容易上手、便捷、有效的工作方式，近年來在水工環(huán)物探工作中越來越得到重視[7～11]。

2 巖溶區(qū)含水結(jié)構(gòu)物性特征分析

2.1 巖溶區(qū)含水結(jié)構(gòu)特點

巖溶區(qū)巖性主要是以可溶性的碳酸鹽類巖石（主要是石灰石）為主，在以水的溶蝕為主的內(nèi)外力作用下形成的地下溶洞和暗河。此類地區(qū)第四系覆蓋一般較薄，地下水主要為巖溶水，儲水結(jié)構(gòu)以地下暗河及地下溶洞為主。

2.2 物性特征分析

巖溶段或斷裂構(gòu)造與完整基巖的電性存在明顯的差異，為開展電法工作提供了可靠的地球物理前提。但是，不能忽視的是在溶洞及裂隙中出現(xiàn)的泥質(zhì)充填物，其成分一般為鈣泥質(zhì)與鐵泥質(zhì)薄膜泥水混合物也會呈現(xiàn)與水一樣的低阻特征，給物探解譯工作帶來極大干擾。因此，總結(jié)巖溶地區(qū)不同含水結(jié)構(gòu)的特征后再進行解譯工作能夠很好地提高物探解譯精確度。

經(jīng)過試驗調(diào)查、資料分析得知，溶洞或裂隙中的含水特征一般分為以下3種：

（1）干涸或半充水狀態(tài)，物探反應(yīng)主要體現(xiàn)為中高阻低極化；

（2）充滿水的狀態(tài)，物探反應(yīng)為低阻高極化特征；

（3）充滿泥質(zhì)填充物的狀態(tài)，物探反應(yīng)為低阻中低極化。

3 勘查實例解析

3.1 A村地下水勘查實例

（1）地質(zhì)地貌條件

A村地處峰叢地貌區(qū)，地表出露巖性以灰?guī)r為主，低洼處有不足10m的第四系松散沉積物。村莊南部有一規(guī)模較大的沖溝，深約7m、寬度超過20m，根據(jù)已有地質(zhì)資料及地質(zhì)調(diào)查工作推斷此溝為一背斜構(gòu)造原地風化剝蝕所致，結(jié)合村民用水的實際情況，將此處定位“靶區(qū)”。

（2）物探工作

經(jīng)分析靶區(qū)的水文地質(zhì)條件，將工作重點放在利用物探確定從向斜構(gòu)造中向外“伸出”的導水通道，也就是所謂的地下暗河。

采用超高密度電法在平行沖溝的方向拉了兩條測線。極距10m，電極數(shù)64根，兩條測線相互平行，相距約300m。兩條超高密度測線反演后的等值斷面圖，見圖1。

圖1 超高密度電法電阻率反演斷面等值線圖

由圖1可明顯地看出在1號線220m處有電阻率變大、等值線聚集成團狀的情況出現(xiàn)，深度為30～40m，推斷應(yīng)為溶洞或地下空穴，同時在2號線280m處相同深度也出現(xiàn)了同樣特征。再結(jié)合地面地質(zhì)調(diào)查工作可知兩處異常的連接應(yīng)為一條導水通道。因此，在推斷導水通道處進行了激電測深工作，如圖2所示。

圖2 擬定井位電測深曲線圖

在激電測深電阻率極化率曲線圖上可以看出，在AB/2大于96m時出現(xiàn)所謂的電阻率變大變緩的“臺階”，同時還出現(xiàn)極化率相對較高的特征，完全符合完整基巖下的裂隙含水電性特征，估計50m深度富水。同時，考慮巖溶發(fā)育情況，設(shè)計探采結(jié)合孔深為150m，70m處涌水量為15m3/h，滿足了當?shù)睾导竟喔刃枰?/p>

3.2 B村地下水勘查實例

（1）地質(zhì)地貌條件

B村位于山谷中，南北皆有大山，村莊處于山谷低洼處，第四系覆蓋約5m左右，地表有基巖出露，巖性大部分為砂巖。村莊被群山包圍匯水條件較為理想，在村南鄰山處第四系較厚，推斷應(yīng)有構(gòu)造存在。因此，該村地下水勘查工作應(yīng)以圈定構(gòu)造裂隙水走向為重點。

（2）物探工作

由于該村莊地形起伏較大，物探工作不易進行，因此綜合考慮多方條件，在村東南方向垂直推斷山前斷裂帶處布置高密度電法測線一條。高密度電阻率斷面等值線圖見圖3，圖中很明顯看到，在距離起點為300～320m之間等值線直立且兩邊電阻率差異明顯，基本可以判斷下伏有裂隙構(gòu)造的存在，斷層走向與地形地貌特征基本吻合。同時為了進一步驗證高密度電法測量工作的準確性并且為了保證成井率，高密度測線320m處的位置上進行了激電測深工作如圖4所示。在激電測深電阻率極化率曲線圖中可以看出在AB/2大于70m時電阻率曲線出現(xiàn)變高變緩的“臺階”狀現(xiàn)象，同時在臺階處出現(xiàn)高極化特征，根據(jù)前文所述各種含水結(jié)構(gòu)的電阻率極化率特征可知，此處為理想定位。最終探采孔成井147m，涌水量超過20m3/h。井位成功確定，為在相同地質(zhì)情況的地區(qū)進行地下水勘查工作提供了寶貴的經(jīng)驗。

圖3 超高密度電法電阻率反演斷面等值線圖

4 總結(jié)

（1）在各類地質(zhì)條件下地下水勘查的工作中，物探工作仍是不可或缺的，尤其是直流電法更是因其抗干擾能力強、原理成熟、解譯簡單快捷等優(yōu)點為井位選取工作提供了可靠的理論指導。

（2）在利用電法判斷巖溶水和巖溶裂隙泥質(zhì)充填物的性質(zhì)、富水情況時，除根據(jù)電測深的曲線形態(tài)進行分析外，絕對不可忽視水文地質(zhì)條件。必須掌握靶區(qū)的構(gòu)造和匯水條件，才可提高解釋判斷的準確性。

（3）超高密度電法儀因其多通道同時采集數(shù)據(jù)的工作方式顯著提高勘探效率，操作方便簡單，在進行定性圈定潛伏構(gòu)造的工作中有著一定的優(yōu)勢，是今后水工環(huán)物探發(fā)展中值得關(guān)注的一種勘探形式。

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