新型電極裝置在堅硬地面探測找水中的應用

趙金明，張妍軍，楊樹華

（濰坊市白浪河水庫運營維護中心，山東 濰坊 261052）

通常情況下，天電儀工作時需要將電極插入地面以下濕潤土壤內(nèi)，讓金屬電極與大地發(fā)生足夠面積的可靠接觸，才能獲取穩(wěn)定的電磁波參數(shù)。在工礦企業(yè)內(nèi)找水過程中往往遇到大面積的混凝土地面，如果不對混凝土覆蓋層開展測量可以用來打井的區(qū)域會很少，測量曲線越少可比性就越低，造成的結果就是成井率更低，甚至打干眼。以往在混凝土覆蓋層上測量都是在插入電極的位置用沖擊鉆打孔，孔徑大于電極直徑，打透混凝土后插入電極，間隔2.5～5 m 連續(xù)沿直線進行打孔，破壞混凝土結構，增加工作量，工作效率很低。通過反復試驗研發(fā)出了一種能夠在混凝土地面上進行操作的裝置，可以實現(xiàn)在混凝土地面上開展無損傷探測。

1 工作原理

天電儀利用天然電磁波從地層反射到地面的強度來反映地質(zhì)結構的變化，從而分析有無裂隙密集帶、構造斷層、砂礫石層、從而間接找出含水層。電極不需要向地下供電，僅僅是起接收電磁波的作用（類似于無線電接收天線）。混凝土地面一般厚度20～40 cm，遠遠達不到地質(zhì)結構的厚度，形不成電性層，地下反射上來的電磁波可以直接穿透混凝土到達地面，只要能采集足夠的強度到儀器內(nèi)就能完成該點位0～500 m 不同深度的測量取值。這就為發(fā)明該裝置提供了理論依據(jù)。電極的尖頭跟混凝土接觸面積太小只有2～3 mm2（甚至更低），沒有足夠強度的電磁波接收到儀器內(nèi)，這是無法在混凝土上開展測量的根本原因。只要增加電極和混凝土的接觸面積就能采集到足夠的電磁波信號。該裝置將儀器與混凝土表面的接觸面積提高到了17 662 mm2。

2 制作工藝及使用方法

1）圓柱形外殼。用PVC 管制作，長度350 mm、內(nèi)徑150 mm（外徑1 600.5 mm），350 mm 長度是參考了野外電極打入地下的深度，內(nèi)徑150 mm主要是考慮裝置的穩(wěn)定性。

2）底部封口。在PVC 管下端距離管口20 mm處和30 mm 處用萬能膠粘上10 mm 寬、3 mm 厚的皮質(zhì)防滑條。將密實度好、強度高且透水性好的細帆布剪成直徑250 mm 的圓形，周邊鎖邊。在兩處防滑條的上端分別用不銹鋼扎帶把布料封堵在管口上。

3）內(nèi)部填充。在PVC 管內(nèi)部注入細沙。細沙的作用既模擬了電極插入地面的接觸效果，又方便電極插入。

4）頂部封口。將內(nèi)徑160 mm 的PVC 管堵，中間鉆直徑40 mm 的圓孔，圓孔內(nèi)插入長度100 mm外徑40 mm 的PVC 細管作為測量電極插孔，細管插入深度為管長的一半。將安裝上電極插孔的管堵用萬能膠封裝在PVC 上部管口。

5）提手安裝。將金屬片或塑料片上部打孔下部用萬能膠粘接在頂部封口的兩側(cè)，將軟繩固定在金屬片或塑料片小孔上形成提手，方便使用。

6）使用方法。使用時通過PVC 測量電極插孔向裝置內(nèi)適量注水，注水量以保持下部布料濕潤為好，將裝置底部中心放置在測點上，從孔內(nèi)插入電極即可測量讀數(shù)。

7）注意事項。準備一個內(nèi)徑40 mm 的PVC管堵，不工作時封住管口防止裝置傾斜時細沙流出。使用過程中注意隨時補充水分，保持底部布料濕潤。電極插孔具有多重作用：一是方便電極快速插入裝置內(nèi)部；二是作為向內(nèi)補水的注水口方便補水；三是可以起到穩(wěn)定電極垂直度的作用。底部封口布料的選用至關重要，是通過多次試驗選定的，需要利用布料的柔性特點、透水特點方可實現(xiàn)筒內(nèi)濕砂與混凝土表面的完整貼合。這是鋼絲網(wǎng)等硬性材料無法比擬的。

3 成功案例

該裝置在濰坊市、萊州市進行了多次對比試驗。 試驗用的天電儀為普奇PQWT150、PQWT300、PQWT500 型物探找水儀，試驗極距全部按10 m、點距2.5 m，分別利用沖擊鉆打孔和直接利用本裝置進行對比。試驗結果非常理想，三頻曲線、多頻曲線以及剖面圖吻合度達到95%以上。5%的比對差別不影響對地質(zhì)情況的定性分析。

該裝置逐步在瀝青地面、巖石裸露等不能插入電極的地方進行推廣使用，效果很好，具有較高的推廣價值。

1）成功案例一。為濰坊市坊子區(qū)涌泉社區(qū)某商混生產(chǎn)企業(yè)探測找水，該企業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)南北長度約250 m、東西長度約380 m，占地面積約9.5萬m2，除廠區(qū)西側(cè)和南側(cè)各有5 m 寬的綠化帶，其余位置不是廠房就是混凝土地面。首先，按照廠方要求沿綠化帶進行測量，為了增加測點數(shù)量，按照2.5 m 點距進行了測量共計測量點位630 多個，經(jīng)三頻圖和剖面圖全面分析后效果不理想，所有測點全部表現(xiàn)為深色礦物質(zhì)較多的片麻巖偶有膨潤土夾層，這在物探找水中很容易判定為貧水區(qū)。于是用該裝置在廠區(qū)混凝土地面上開展了南北方向的8 條測線，點距依然采用2.5 m，共測量點位800 多個，從中在最東邊測線的11 號點位和東數(shù)第6 條測線的1 號點位之間發(fā)現(xiàn)了一條東南—西北走向的高阻帶，經(jīng)復測一致性非常好，考慮是存在大理巖巖脈，這種大理巖巖脈和圍巖的上下面接觸帶都是較好的含水層、大理巖主要成分是碳酸鈣極易發(fā)生溶蝕發(fā)育成溶隙，因此成井的概率極高。最終將井位定在了最東側(cè)測線的13 號點，該位置位于廠區(qū)東側(cè)成井后不影響生產(chǎn)活動。隨后打井隊進駐廠區(qū)將井位處混凝土地面開鑿出0.6 m 直徑的工作面進行鉆孔，35 m 出水130 m 達到水量峰值，終孔深度180 m，每小時出水量35 m3左右，為企業(yè)解決了生產(chǎn)用水難題。

2）成功案例二。為濰坊市臨朐縣某生豬養(yǎng)殖場探測找水，該養(yǎng)殖場所在區(qū)域為石灰?guī)r地區(qū)，為了在生豬價格上漲的行情中創(chuàng)造更好的效益，該養(yǎng)殖場存欄數(shù)增加了一倍，豬舍建好后水不夠用了，廠區(qū)內(nèi)也都硬化了，可供測量的地方僅有廠區(qū)外側(cè)1～2 m 的周邊地帶，沿廠區(qū)兩側(cè)測量一遍后效果并不理想，石灰?guī)r地區(qū)找水必須找到溶隙發(fā)育比較好的地層或者有斷層的地方才能出水，否則極有可能就是干眼。為了解決豬舍用水在場區(qū)混凝土地面進行無損傷找水，采用2.5 m點距，在5 排豬舍之間空地上進行逐行測量，結果在其中一條線上出現(xiàn)了明顯的低至區(qū)，在三頻折線圖上反映的是明顯的低谷，在剖面圖上反映的是與周邊紅色有顯著色差的藍色低值條帶，為確保萬無一失，又進行了復測，養(yǎng)殖場工人又用沖擊鉆在該測線上低值點兩側(cè)打孔進行了局部復測，三次測量結果完全吻合。后來跟蹤回訪，養(yǎng)殖場老板介紹說，水井水量非常大達到了每小時40 m3以上，鉆井過程中出現(xiàn)了進尺突進現(xiàn)象，突進的部位就是溶隙發(fā)育非常好的含水層，跟物探測量結果完全一致。

3） 在混凝土地面上利用該裝置進行無損傷探測類似的成功案例還有很多。在王氏組紅板巖地區(qū)和青山組凝灰?guī)r地區(qū)找局部高值裂隙密集帶含水層，在花崗巖地區(qū)找地質(zhì)斷裂帶和低值裂隙密集帶含水層，在玄武巖地區(qū)找低值裂隙密集帶含水層，在變質(zhì)巖地區(qū)找脆性巖石裂隙密集帶含水層都有非常好的表現(xiàn)。