水資源勘查中綜合電法勘探方法技術(shù)與應(yīng)用探討

周偉

【摘要】在近年來的水資源開發(fā)、利用過程中，由于勘探技術(shù)水平不高，使我國水資源的綜合利用率大大下降，特別是我國的西北干旱地區(qū)，長期以來水資源嚴(yán)重短缺的局面制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展。本文主要介紹了直流電法、瞬變電磁法這兩種綜合電法在榆林市北部地區(qū)水資源勘探中的應(yīng)用，通過實例分析了電法勘探找水定井的研究過程。首先，經(jīng)過野外物探工作資料的收集，然后，在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理、分析、推演，從而結(jié)合推演結(jié)果繪制出激電參數(shù)曲線圖；與此同時，科學(xué)收集工作區(qū)的地質(zhì)以及水文資料、前人研究成果資料，并及時展開綜合分析、研究，最終圈定榆林市北部地區(qū)最佳含水?dāng)嗔褜拥臏?zhǔn)確位置，從而確定井位，為鉆孔設(shè)計提供科學(xué)的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】水資源勘查；綜合電法；技術(shù)；應(yīng)用

陜西省榆林市位于我國西北干旱地區(qū)，近年來，隨著國家對西部大開發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷重視，在西北工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及能源基地建設(shè)的過程中，水資源嚴(yán)重短缺的矛盾不斷凸顯，嚴(yán)重阻礙了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展。因此，為了適應(yīng)西部地區(qū)的發(fā)展形勢，開發(fā)和尋找永久性的特大型供水水源地，對礦區(qū)深部水源地的水文地質(zhì)進(jìn)行勘察十分必要。本文研究的工作區(qū)主要位于陜西省榆林市北部，陜蒙交界處的陜西一側(cè)，從其地理位置看，主要的行政區(qū)劃屬于陜西榆林市的小壕兔、孟家灣以及岔河則鄉(xiāng)和耳林所管轄的范圍之內(nèi)，北部地區(qū)距離榆林市南部地區(qū)大約為四十五公里。

一、陜西省榆林市北部地區(qū)水文及地球物理特征分析

（一）榆林市北部地區(qū)水文特征分析

榆林市西北地區(qū)的地隔水層與含水層較多，而最主要的含水層為上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Qps）與白堊系洛河組（K1l）。薩拉烏蘇組（Qps）主要的補(bǔ)給水源為大氣降水補(bǔ)給，另外還有承壓水越流補(bǔ)給、側(cè)向逕流補(bǔ)給以及凝結(jié)水補(bǔ)給、地表水入滲以及灌溉回歸等多種補(bǔ)給方式。該地區(qū)由于地形開闊，所以地表被廣闊的沙層覆蓋，再加上眾多的洼地，因此非常有利于大氣降水的滲入。白堊系洛河組（K1l）砂巖孔隙潛水則除了接受大氣降水補(bǔ)給之外，局部還受到區(qū)域性側(cè)向逕流補(bǔ)給以及上覆松散沙層滲透補(bǔ)給。本文研究的水資源勘查區(qū)受當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)的影響，因此測區(qū)的徑流受到地勢走向的調(diào)節(jié)與地形影響，地勢走向呈現(xiàn)出一定的差異性。而該地區(qū)深部潛水主要受到區(qū)域古地貌的控制，因此主要以泉眼滲流方式作為地表潛水的主要排泄方式，將徑流直接排放到河谷中。除此之外，越流以及蒸發(fā)和人工開采幾種防水也是該地區(qū)地下潛水的主要排泄方式。

（二）榆林市北部地區(qū)地球物理特征分析

在本文實際的研究過程中通過采用高密度電阻率法以及孔旁電測深的正演計算法兩種方式進(jìn)行二維反演擬合，在此研究論證的基礎(chǔ)上又結(jié)合了鉆孔測井曲線分析法對榆林市北部地區(qū)地球物理特征進(jìn)行了科學(xué)分析，從而得到表一的數(shù)據(jù)信息：從表一論述過程中可以看出，該地區(qū)大部分地表面被沙層所覆蓋，因此其地層的電性隨著沙層含水程度的不同變化而變化。從上表中可以看出，白堊系K1l洛河組砂巖的巖性以及電性相對穩(wěn)定，而含有激發(fā)極化效應(yīng)影響的視電阻率約為60Ω，而侏羅系J2a中，細(xì)砂巖地層的含水性相比于其它的地層較差，主要巖性特征為粗質(zhì)砂巖，以及泥質(zhì)頁巖互層，其地層的實際厚度變化情況較大，測井曲線的主要特征為鋸齒形；而侏羅系J2z中細(xì)砂巖的地質(zhì)相對穩(wěn)定，其等效視電阻率約為35Ω，通過數(shù)據(jù)比較可以看出，該區(qū)域的地形高程較低，因此其實際對應(yīng)的測探曲線激化點為極小點；而侏羅系J2y中，細(xì)砂巖含煤層段的巖性較為穩(wěn)定，但是煤層的實際厚度變化情況較大，與其它的巖層相比，其等效視電阻率通常保持在100-150Ω之間，因此從其具體的地層數(shù)據(jù)分析來看，侏羅系J2y層的地層巖性電性特征為標(biāo)志層?？傊瑥纳鲜鰯?shù)據(jù)對比分析中可以看出，榆林市北部地區(qū)各地層的地球物理特征存在明顯的差異，適宜在水資源勘查過程中采用綜合電法勘探技術(shù)。

二、綜合電法勘探技術(shù)的主要應(yīng)用原理及方法分析

本文在具體的研究過程中根據(jù)榆林市北部地區(qū)的實際地質(zhì)條件以及水資源勘探任務(wù)要求，對該地區(qū)的多個已知鉆孔進(jìn)行了反射系數(shù)法、對稱四極電測深法、激發(fā)極化法、瞬變電磁法、以及高密度電阻率法等幾種不同的勘探方法進(jìn)行試驗，實踐結(jié)果表明，榆林市北部地區(qū)水資源勘察過程中適宜采用綜合電法進(jìn)行勘探，只有將不同的勘察方法進(jìn)行綜合利用，通過優(yōu)勢互補(bǔ)才能更好地完成該地區(qū)的水資源勘察。

三、水資源勘查中綜合電法勘探方法技術(shù)的實際應(yīng)用成果分析

（一）榆林市北部水資源勘查中綜合電法勘探成果

1. 直流電法在水資源勘查中的實際應(yīng)用成果

在對榆林市北部地區(qū)水資源進(jìn)行勘察中，主要采用激發(fā)極化法進(jìn)行科學(xué)觀測，這一技術(shù)設(shè)備是利用鐵道部第一勘測院西安分院研制的JSC-2A地下水探測儀進(jìn)行作業(yè)，高密度電阻率法及反射系數(shù)法、四極電測深則主要是采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的DZD-2型多功能直流電法儀及重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的WDJD-2型多功能數(shù)字直流激電儀進(jìn)行作業(yè)，為保證水資源勘察的數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確，在勘探之前，分別對兩臺不同技術(shù)設(shè)備進(jìn)行試驗，校驗結(jié)果表明，勘探儀器均符合水資源勘察的電法勘探技術(shù)要求。在此過程中采用直流電法進(jìn)行檢測，每隔10日對供電導(dǎo)線的完好程度及實際變化情況進(jìn)行定期檢查，對不符合設(shè)計要求的導(dǎo)線積極進(jìn)行處理，在野外進(jìn)行觀測時，每點觀測始末均按照設(shè)計要求對漏電情況與供電電壓穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，除了高密度電阻率法，當(dāng)觀測過程出現(xiàn)誤差較大極距或觀測點時，要及時在觀測現(xiàn)場核實查明誤差出現(xiàn)的具體原因。

在實際研究勘察過程中，通過對該地區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行了勘探，而且對工作場地內(nèi)的巖溶發(fā)育以及地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行電測，在處理過程中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電體有異常的特征顯示，而在資料處理中為了進(jìn)一步突出導(dǎo)電體的異常特性，對異常特征值進(jìn)行了科學(xué)提取，從特征值的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在特征值曲線圖中出現(xiàn)一條近NM向特征值的低值帶，結(jié)合附近的鉆孔資料，綜合分析得出：該低值帶屬于溶巖發(fā)育帶，并且由此斷定，該觀測孔地下水資源豐富，后經(jīng)鉆孔驗證，進(jìn)一步證實了本文的推斷結(jié)果，與此同時，對探明的地下水進(jìn)行了試抽檢驗，流量顯示為≥15tfh。

2. 瞬變電磁法在水資源勘查中的實際應(yīng)用成果

通常情況下采用中型LC型微機(jī)電法勘探系統(tǒng)進(jìn)行瞬變電磁法觀測，要通過LC型微機(jī)電法勘探系統(tǒng)將勘察現(xiàn)場勘探到的瞬變電磁法的日期以及點號、二次衰減曲線以及現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行打印，打印結(jié)果要及時裝訂成冊。

（二）榆林市北部水資源勘查中的地質(zhì)解釋

通過野外地質(zhì)勘察，在室內(nèi)采用 DZD-2型和WDJD-2多功能直流電法儀將室外實測數(shù)據(jù)調(diào)取，除了手工繪制透明曲線外，所有勘探原始數(shù)據(jù)整理、計算及統(tǒng)計、包括各測線等視電阻率斷面圖的繪制、原始曲線的繪制、各測線等視電阻率等值線的繪制，都要經(jīng)過計算機(jī)操作完成。技術(shù)人員需要采用自編正反演解釋軟件對對稱四極電測深資料進(jìn)行處理，并將地質(zhì)分析解釋結(jié)果資料裝訂成冊，并對主測線繪制電測深視電阻率斷面等值線圖進(jìn)行科學(xué)繪制。

另外，要采用自編解釋軟件對反射系數(shù)法對資料進(jìn)行處理，并將野外地質(zhì)勘察實測數(shù)據(jù)的視電阻率轉(zhuǎn)換為Ks、Kd曲線，將其裝訂成冊，在此過程中需要將經(jīng)過轉(zhuǎn)化的視電阻率Ks、Kd曲線繪制成剖面對比圖進(jìn)行定量分析解釋。結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)分析情況，將每條測線實測視電阻率繪制為斷面等值線圖，并以實測視電阻率值為AB/2=140m的極距對平面等值線圖進(jìn)行科學(xué)繪制。采用AGI公司二維高密度電阻率反演程序?qū)Ω呙芏入娮杪史ǖ臄?shù)據(jù)資料進(jìn)行地質(zhì)分析解釋，并在分析解釋結(jié)束之后提交一份彩色反演地質(zhì)分析解釋圖冊。

對于激發(fā)激化法要在地質(zhì)勘察現(xiàn)場將實時觀測數(shù)據(jù)打印，原始觀測數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理全部轉(zhuǎn)錄入計算機(jī)并及時存盤，同時要對每個點的半衰時曲線 （T1）以及視極化率曲線（ηs）進(jìn)行繪制。對于瞬變電磁法的原始觀測數(shù)據(jù)要在野外勘察現(xiàn)場經(jīng)過LC微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行及時處理與打印，室內(nèi)的地質(zhì)分析解釋結(jié)果資料要經(jīng)過粘貼裝訂，然后將其輸入計算機(jī)及時存盤，并采用自編軟件對其進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與處理，同時對ρτ、Sτ曲線以及 V2/I衰減曲線進(jìn)行科學(xué)繪制，在此過程中要對等視電阻率平面等值線圖以及等視電阻率斷面圖、各測線多測道剖面圖進(jìn)行繪制，對于等視電阻率ρτ曲線以及V2/I衰減曲線都要將其繪制成曲線冊。另外，全區(qū)不同的原始勘察數(shù)據(jù)要在計算機(jī)中進(jìn)行分類存盤和編號，最后轉(zhuǎn)存于軟盤中并將其進(jìn)行裝袋存檔，在對地質(zhì)資料進(jìn)行分析解釋時，要始終堅持從已知到未知的地質(zhì)解釋原則，并將已知鉆孔孔旁電法資料總結(jié)的異常規(guī)律作為此次水資源地質(zhì)勘察地質(zhì)分析解釋的重要依據(jù)，從點到線，結(jié)合斷面，由定性到定量經(jīng)過多種勘探分析方式進(jìn)行反復(fù)論證分析，確保榆林市北部水資源勘查中綜合電法勘探方法技術(shù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果科學(xué)準(zhǔn)確。在具體的地質(zhì)分析解釋過程中，綜合電法的應(yīng)用應(yīng)該有所側(cè)重，不同方法之間經(jīng)過相互印證分析，確保取得良好的地質(zhì)分析效果。

通過上述勘探過程，最終得到勘探結(jié)果：該探孔內(nèi)、外無富水異常情況出現(xiàn)，此次瞬變電磁勘探數(shù)據(jù)顯示：該工作面底層存在低阻異常區(qū)一處，即走向工作面向里30-70cm的范圍，上、下呈帶狀分布，影響深度范圍在40米以下，結(jié)合其勘探技術(shù)原理可知，該探孔中的富水源為太原組灰?guī)r水，灰?guī)r層厚度為5米，由于太原組灰?guī)r水具有初始水量大以及給水量較小、易于疏干的特點，因此不會對榆林市北部地區(qū)的生活、生產(chǎn)造成較大的水害影響，但是該灰?guī)r距離奧陶系灰?guī)r的最大垂距為17-20米，而該巖層巖水極有可能通過該地區(qū)的斷層發(fā)育裂隙，因此向上有一定的導(dǎo)升，由此推斷該探孔內(nèi)有豐富的水源。

（三）水資源勘查中綜合電法勘探技術(shù)的應(yīng)用效果

經(jīng)過地質(zhì)分析解釋發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的地形較為平緩，屬于典型的山前平原，第四系覆蓋層較厚，因此沒有基巖出漏，由上述物探地質(zhì)分析曲線圖測得視電阻率等值線圖測線500米以前的低阻層厚度為230米，500米之后的深度250米之內(nèi)電祖率明顯在升高，由此可以推斷：該探區(qū)測線500米以前的第四系主要為黏土層，后為200米，由此斷定該地區(qū)有古河道通過，為主要的含水段，并將具體的井位定在測線800米處即高阻異常的正中央，預(yù)估實際出水量可以達(dá)到60m3/h.

本鉆孔嚴(yán)格按照供水水文地質(zhì)試驗技術(shù)先進(jìn)行了一個落程的抽水試驗工作，測得靜止水位為13.85m，穩(wěn)定水位為17.80m，實際降深為3.95m，實際涌水量為33m3，該地下水類型為基巖裂隙水，根據(jù)化學(xué)試驗結(jié)果分析得到其總硬度為320.29 mg/L，永久硬度為07.60 mg/L，總堿度為212.69 mg/L，水質(zhì)的酸堿性為7.18，檢測呈弱堿性，因此無異臭味，無異物存在，結(jié)合地下水質(zhì)量單項組分評價指標(biāo)，該地區(qū)的水質(zhì)量級別評定為良好，達(dá)到我國飲用水檢測標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計算分析，該地區(qū)通過綜合物探法勘探到的水源可以供榆林市北部地區(qū)1200人畜飲用以及供400畝旱田進(jìn)行灌溉，其中直接受益總?cè)丝跒?200人。

本文現(xiàn)場勘探資料地質(zhì)解釋成果經(jīng)過5個不同的鉆孔進(jìn)行驗證，洛河組地層底面埋深的實際解釋誤差為0.8～19.4m，其相對誤差在0.4%～10.9%這一數(shù)值范圍之內(nèi)，而第四系底界面埋深經(jīng)與電測深曲線綜合解釋后，其實際的誤差保持在13%以下，因此單孔日出水量可以達(dá)到500～2000m3，從數(shù)據(jù)資料地質(zhì)分析結(jié)果可以看出，此次對榆林市北部地區(qū)的水資源勘察中，綜合電法勘探技術(shù)的應(yīng)用取得了明顯的成效。最終證實，采用綜合電法對該地區(qū)的水資源進(jìn)行勘探，不僅地質(zhì)分析解釋精確度較高，而且數(shù)據(jù)分析解釋成果十分可靠。

結(jié)束語

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，水資源在生活中的作用越來越大，不僅是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要資源，而且是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾镔|(zhì)保障。本文正是在這樣的研究背景下，重點針對我國西北地區(qū)的陜西省榆林市水資源勘查為例，通過對該市北部地區(qū)水資源勘查中綜合電法勘探方法技術(shù)的實際應(yīng)用情況進(jìn)行論述，從而提高綜合電法勘探技術(shù)在我國水資源勘查過程中的應(yīng)用水平。

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