基于電法勘探的礦區(qū)污染地水文地質(zhì)勘察方法研究

黃 錦

（江西有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，江西 南昌 330000）

水文地質(zhì)勘查技術(shù)無(wú)論是在基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)、建筑物持力層研究、礦井挖掘地質(zhì)預(yù)防等方面都具有非常重要的意義。水文勘測(cè)工作會(huì)直接關(guān)系整個(gè)工程規(guī)劃建設(shè)的科學(xué)性，也是整個(gè)項(xiàng)目穩(wěn)定和安全的基礎(chǔ)保證。為了能夠有效的保證地下水環(huán)境評(píng)估和水文勘測(cè)效果，我們對(duì)其具體的服務(wù)功能進(jìn)行了研究，同時(shí)還對(duì)與之相關(guān)的方法進(jìn)行了介紹。

1 電法勘探的概述

1.1 電法勘探的含義

電法勘探，指的是根據(jù)地殼中不同礦體、巖層的電磁學(xué)特性和電化學(xué)傳感器特性二者之間的不同，利用對(duì)自然電場(chǎng)、人工電場(chǎng)、電化學(xué)場(chǎng)、電磁場(chǎng)的時(shí)序特征及其空間分布變化規(guī)律等的調(diào)查、考察，尋找各種形式的有用礦藏資源，并加以地質(zhì)結(jié)構(gòu)查明、地質(zhì)問(wèn)題處理等的地球物理勘查方式。

1.2 電法勘探的理論基礎(chǔ)

地殼是由各種的巖層、礦體及其不同地質(zhì)物理構(gòu)造而形成，它有著不同的傳導(dǎo)性、導(dǎo)磁性、介電性和電物理化學(xué)等特征。而通過(guò)利用上述特征，包括空間分布規(guī)律和時(shí)序特征，我們就能夠推測(cè)礦體及其地質(zhì)物理構(gòu)造的賦存情況(形式、尺寸、方位、產(chǎn)狀和埋設(shè)深淺)及其天然物性基本參數(shù)等，以便于實(shí)現(xiàn)探測(cè)的目的[1]。電法勘探具備使用物性參數(shù)多，場(chǎng)源、設(shè)備型式多，探測(cè)內(nèi)容及檢測(cè)要求多及使用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。電法勘探使用巖土、礦石等的物理性質(zhì)參數(shù)，一般有電阻率溫度系數(shù)(ρ)、磁導(dǎo)率(μ)、極化特征(人工體極化率η和面極化系數(shù)λ、天然極化的電位躍變?chǔ)う?和介電常數(shù)(ε)。

1.3 勘探方法

電法探測(cè)的方法根據(jù)不同的方法加以分類，主要可劃分如下幾種類型，①按探測(cè)空間可劃分為大地電法、航空電法、地下水電法等；②按形成特殊電磁場(chǎng)分析的因素，可劃分為感應(yīng)類電法、傳遞類電法；③按場(chǎng)源探測(cè)的方式，按場(chǎng)源特點(diǎn)可劃分個(gè)人工場(chǎng)法(主動(dòng)源法)、自然場(chǎng)法(被動(dòng)源法)；④按檢測(cè)信息內(nèi)容可劃分綜合場(chǎng)法、純異常場(chǎng)法；⑤按電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)限特點(diǎn)可劃分時(shí)間域電法(直流電法)、頻率域電法(交流電法)、脈動(dòng)瞬時(shí)變化場(chǎng)法(過(guò)渡過(guò)程法)等。目前在中國(guó)比較普遍的探測(cè)技術(shù)包括，電磁感應(yīng)法、自然電場(chǎng)法、充電法、大地電磁測(cè)深技術(shù)等[2]。

2 礦區(qū)污染地水文地質(zhì)勘查中存在的問(wèn)題

2.1 礦區(qū)污染地地下水環(huán)境的滯后性

因?yàn)榈叵滤畻l件的隱蔽性，所以對(duì)其進(jìn)行勘探與研究必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)期才能得到確切的結(jié)果，也可能出現(xiàn)污染源消除，但是地下水環(huán)境污染仍沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的情況，造成了對(duì)其勘察工作的滯后性[3]。同時(shí)，對(duì)地下水污染狀況的處理與整治，也需較長(zhǎng)的時(shí)期。

2.2 礦區(qū)污染地下水環(huán)境的隱蔽性

就中國(guó)現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)而言，制造業(yè)的極速成長(zhǎng)導(dǎo)致很多公司一味注重企業(yè)效益，沒(méi)有對(duì)自然環(huán)保的認(rèn)識(shí)與行動(dòng)，大量工業(yè)垃圾、工業(yè)廢棄物和工業(yè)生產(chǎn)廢料的集中焚燒處理的行為，使得地下水環(huán)境受到了很大的破壞；另外，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，殺蟲劑的持續(xù)滲透也對(duì)地下水資源產(chǎn)生了破壞。因?yàn)榈叵滤诘牟课皇堑叵滤鄬?duì)較深的，隱藏很高，就算地下水受到了環(huán)境污染，勘探工作人員也不易發(fā)現(xiàn)，即使發(fā)覺(jué)了也無(wú)法確切掌握其環(huán)境污染的情況，需要借助地下水深度施工才能掌握有關(guān)資料[4]。而地下水深度作業(yè)不但施工難度大，同時(shí)所配套的勘探儀器要求高，這又增加了勘探的時(shí)間、物質(zhì)投入。

2.3 地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作專業(yè)性強(qiáng)

地下水環(huán)境的重要性不言而喻，但正是因?yàn)樗幵诘莫?dú)特地點(diǎn)，才導(dǎo)致了勘探工作難度的提高，這也就導(dǎo)致了對(duì)勘探工作人員專業(yè)性需求的增加。對(duì)勘察的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，必須達(dá)到一定的學(xué)術(shù)能力，同時(shí)職業(yè)素養(yǎng)也需要滿足一定的要求，知識(shí)的造作能力需要過(guò)硬。

3 研究區(qū)域概況

在進(jìn)行地下水資源監(jiān)測(cè)和實(shí)地調(diào)查之后，有關(guān)部門需要對(duì)地下水的開發(fā)情況做出研究，并對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)做出整理。通過(guò)調(diào)查數(shù)據(jù)的收集，對(duì)地下水的分布、地層傾斜和沉降及環(huán)境變遷的問(wèn)題進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)地下水條件進(jìn)行比較合理的評(píng)估，并對(duì)有關(guān)問(wèn)題的處理方法作出解釋，以達(dá)到地下水資源管理環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的進(jìn)一步提高。在本文的研究中，研究礦區(qū)的整體概況為一條寬300m、長(zhǎng)600m的剪切應(yīng)力破碎區(qū)域密集裂隙帶礦區(qū)，在該區(qū)域之內(nèi)，裂隙規(guī)模較大的情況是很少出現(xiàn)的，但是，序次較低且規(guī)模較小的次級(jí)構(gòu)造裂隙都是十分發(fā)育的，巖石的蝕變反應(yīng)整體表現(xiàn)的是較弱的，而礦化作用是十分強(qiáng)烈的，面狀鉀化現(xiàn)象的出現(xiàn)是一種主要的現(xiàn)象。再加上地下水補(bǔ)給、排水等，都會(huì)受到多種自然條件的限制和影響，因此，在不同的礦區(qū)，由于其地質(zhì)條件的不同，其地下水類型也就會(huì)表現(xiàn)出明顯的差異，而在實(shí)際進(jìn)行該礦區(qū)污染地影響水文地質(zhì)勘察的過(guò)程中，需要及時(shí)關(guān)注到水文地質(zhì)調(diào)查、滲水試驗(yàn)、水的理化性質(zhì)研究、整理和審閱水文地質(zhì)材料、抽水試驗(yàn)、地下水環(huán)境的監(jiān)測(cè)以及水理化性質(zhì)分析與水文地質(zhì)的勘察評(píng)價(jià)等多個(gè)勘察方式的有效利用，這樣才能夠保證勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性。而在本研究區(qū)域之中，想要勘察場(chǎng)地污染的實(shí)際情況，就需要該區(qū)域的污染程度，進(jìn)行有效的評(píng)估與分析，并將污染系數(shù)與評(píng)估分析結(jié)果進(jìn)行及時(shí)的結(jié)合，這樣才能夠保證污染治理方案的確定與相應(yīng)措施的落實(shí)。

4 礦區(qū)污染地影響水文地質(zhì)勘察的方法

4.1 水文地質(zhì)調(diào)查

水文勘查，也叫“水文地質(zhì)勘測(cè)”。是指為了查清某個(gè)區(qū)域的水文狀況，而開展的水文地質(zhì)勘測(cè)工作項(xiàng)目。用以了解地下水與地表水的起源、位置，以及活動(dòng)規(guī)律。為科學(xué)地合理開發(fā)與利用水資源，并及時(shí)開展基礎(chǔ)建設(shè)、打樁等項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)與實(shí)施，提供了重要依據(jù)[5]。一般分為：地下水和磨碎水文地質(zhì)勘測(cè)兩個(gè)領(lǐng)域。地下水的勘測(cè)重點(diǎn)在于，查明了解地下水在全年各個(gè)階段內(nèi)的水位變化規(guī)律、運(yùn)動(dòng)方式、化學(xué)成分和現(xiàn)象，查清地下水的埋藏情況及其侵蝕力，評(píng)價(jià)地下水對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)實(shí)施與利用過(guò)程中所引起的影響和危害程度，并提供合理預(yù)防意見(jiàn)。

在水文地質(zhì)勘查項(xiàng)目中，不僅僅是把握好測(cè)量準(zhǔn)確度，最關(guān)鍵的是要選取合理的探測(cè)方式。從觀察路徑的選取來(lái)說(shuō)，通常應(yīng)選擇溝谷、河谷或低洼地區(qū)的觀察路徑線；選定好監(jiān)測(cè)路線后，要合理布局觀察點(diǎn)，在布置觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，上下游均須設(shè)有取樣點(diǎn)；同時(shí)，還須設(shè)有水位監(jiān)控點(diǎn)，以利于對(duì)地下水位有更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，在通常情況下，水位監(jiān)控點(diǎn)一般采取十字相交的方法加以布設(shè)。

4.2 滲水試驗(yàn)

滲水實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須按照項(xiàng)目的平面圖，提前布置好實(shí)驗(yàn)的地點(diǎn)。一般情況下，包括煤礦生產(chǎn)區(qū)的絞車房、工廠的油罐室等可能有污染地下水的廠區(qū)和車間，都是滲水試驗(yàn)點(diǎn)位的絕佳選點(diǎn)。除了要選取合適的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)以外，在具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定，采用水環(huán)滲透實(shí)驗(yàn)法等常規(guī)測(cè)試方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)作業(yè)。但值得注意的是，無(wú)論實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的選定，還是在實(shí)際進(jìn)行實(shí)地的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，都絕不能單純依靠經(jīng)驗(yàn)開展實(shí)驗(yàn)工作，依常規(guī)作業(yè)才是保證滲水測(cè)試結(jié)果正確的唯一原則[6]。在開展?jié)B水實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，大致上可采取這樣三種方法：

（1）試坑法：即在表層的干砼上，鑿一相當(dāng)深(30-50cm)的長(zhǎng)方形或零點(diǎn)五圓形試坑，坑底應(yīng)距潛水位3到5m公尺，坑內(nèi)墊上2到3cm厚的反濾粗砂，往試坑中灌水，同時(shí)必須保證試坑內(nèi)的水位始終高于坑內(nèi)的十公分。為方便觀察坑內(nèi)溫度，在坑底還應(yīng)安裝一個(gè)標(biāo)尺。求出在單位時(shí)間內(nèi)向基坑下滲入的流水量Q，再乘以在基坑內(nèi)的建筑面積F，即可得到平均下滲透速率V=Q/F。而在通過(guò)基坑的水柱長(zhǎng)度較小(小于10cm)時(shí)，即可發(fā)現(xiàn)水頭梯度近于一，因而K(滲透系數(shù))=v。這種辦法較適合于對(duì)測(cè)定毛細(xì)壓力影響不大的砂類土壤，如用在高黏性土壤中，則所測(cè)出的滲透系數(shù)偏高。

（2）雙環(huán)法：是在基坑內(nèi)嵌入二個(gè)鐵環(huán)，再加上一個(gè)電流內(nèi)環(huán)，構(gòu)成同心協(xié)力環(huán)，外環(huán)直徑可取0.5m，內(nèi)環(huán)直徑可取0.25m。在實(shí)驗(yàn)時(shí)向鐵環(huán)內(nèi)灌水，用馬利奧特瓶控制外環(huán)與內(nèi)環(huán)的水柱高度都保持在同一個(gè)標(biāo)高上，(例如10cm)。根據(jù)所內(nèi)環(huán)取得的資料，按以上辦法確定了疏松層、巖石中的滲透系數(shù)值。因?yàn)殡娏鲀?nèi)環(huán)中的水流只產(chǎn)生在垂直方向的滲透性，從而消除了側(cè)向線性滲流帶來(lái)的偏差，所以，比試坑法和單環(huán)法準(zhǔn)確度最高。因?yàn)閮?nèi)部環(huán)間所滲到的水流，一般是由側(cè)向散流和毛細(xì)管吸引，而電流內(nèi)環(huán)中則是由松散層和巖石產(chǎn)生在垂直方向上的實(shí)際滲透。

當(dāng)滲透性測(cè)量進(jìn)行至滲入量趨于穩(wěn)定之后，便可根據(jù)以下公式精確測(cè)量的滲透性系數(shù)(充分考慮了毛細(xì)壓力的增加因素)：

K(滲透系數(shù) )= QL/ F(H+Z+L)。

公式中：

Q-穩(wěn)定的滲入量為(立方厘米/分)；

F-試坑內(nèi)環(huán)的滲水體積為(平方厘米)；

Z-試坑內(nèi)環(huán)中的水層數(shù)為(厘米)；

H-毛細(xì)管壓力(一般等于巖土毛細(xì)上升高度的一半)(厘米)；

L-試驗(yàn)完成后水的實(shí)際浸入深度(試驗(yàn)后開挖確定)(厘米)。

（3）單環(huán)法：是在基坑內(nèi)嵌入一條高20cm，口徑為35.75cm的鐵環(huán)，該鐵環(huán)所圈定的土壤體積為1000cm2。將鐵環(huán)壓入坑底約10cm深度，環(huán)壁與土壤要緊密對(duì)接，鐵環(huán)內(nèi)墊2cm～3cm深的反濾粗沙。當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，用馬利奧特瓶調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)水柱，并保持在10cm高程上。當(dāng)試驗(yàn)一直進(jìn)行到滲透水量Q恒定或不變?yōu)橹箷r(shí)，也可按下式估算滲透速率：v=Q/F，所得到的滲透速率即是對(duì)該松散層、巖體的滲透系數(shù)值。

4.3 水的理化性質(zhì)研究

除了上面所說(shuō)的幾種水文勘測(cè)工作的方式以外，關(guān)于水質(zhì)的理化特性研究也是水文勘測(cè)工作中主要的一項(xiàng)內(nèi)容。從水的理化特性研究上來(lái)說(shuō)，受其專業(yè)操作影響的影響，經(jīng)筆者提議，能夠組織或成立專門的研究隊(duì)伍，同時(shí)完善有關(guān)技術(shù)和測(cè)試裝置，這樣才有可能有科學(xué)、正確的科研結(jié)論。

4.4 整理和審閱水文地質(zhì)材料

為了開展科學(xué)、正確的水文勘查工作，需要對(duì)有關(guān)區(qū)域的水文狀況有全面的認(rèn)識(shí)。在實(shí)際勘查工作時(shí)，能夠向當(dāng)?shù)厮木质占嘘P(guān)水文材料，并對(duì)其有充分的認(rèn)識(shí)和分析。經(jīng)過(guò)梳理和審查有關(guān)水文材料，能夠提高水文勘查工作的準(zhǔn)確度和專業(yè)程度。

4.5 抽水試驗(yàn)

抽水試驗(yàn)，包括從抽水井吸取相應(yīng)水分并在某距離的試驗(yàn)井測(cè)定不同時(shí)期地下水位變化的情況，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)各種地下水流動(dòng)理論方程或其他方法計(jì)算抽水實(shí)驗(yàn)的成果。水文參數(shù)是分析地下水流動(dòng)情況最有力的資料基礎(chǔ)。在實(shí)際操作過(guò)程中，必須按照勘察的目的，對(duì)泵送試驗(yàn)的各種類型作出恰當(dāng)、正確的選定，同時(shí)根據(jù)一定的試驗(yàn)方法，確定有關(guān)水文的主要參數(shù)，從而對(duì)地下水的滲透深度、含水層、隔水層等滲透系數(shù)作出正確的評(píng)價(jià)。在抽水試驗(yàn)開展過(guò)程中，必須適時(shí)對(duì)抽水實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)檢測(cè)資料——抽水流速(Q)、水位降深(S)及抽水延續(xù)時(shí)間(t)進(jìn)行實(shí)地測(cè)試和匯總，并繪出有關(guān)規(guī)定的影響曲線?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集的主要目的有：①準(zhǔn)確了解抽水測(cè)量工作能否按時(shí)無(wú)誤地完成，以及水位與流速的監(jiān)測(cè)結(jié)果中是否存在異?；蝈e(cuò)誤，并剖析異?；虺鲥e(cuò)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。必須及時(shí)糾正技術(shù)錯(cuò)誤，并采取補(bǔ)救措施，包括及時(shí)返料和延長(zhǎng)泵送試驗(yàn)時(shí)間等，以提高泵送試驗(yàn)的順利進(jìn)行。②利用圖所描繪的各種水位、流速和時(shí)間有關(guān)曲線以及與典型有關(guān)曲線之間的比較，確定實(shí)際抽水曲線能否滿足水文參數(shù)估算的需要，從而判斷實(shí)際抽水試驗(yàn)是否必須減少、延期或停止，從而為水文參數(shù)估算提供了基本的可信的原始資料。

4.6 地下水環(huán)境的監(jiān)測(cè)

地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)，是指地下水監(jiān)管單位通過(guò)對(duì)轄區(qū)內(nèi)地下水溫度、質(zhì)量等信息的監(jiān)控，從而準(zhǔn)確了解動(dòng)態(tài)變化狀況，對(duì)地下水資源實(shí)施持續(xù)的有效保護(hù)。地下水監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下四個(gè)部分構(gòu)成：監(jiān)測(cè)中心、通訊系統(tǒng)、微功率測(cè)控終端、水位監(jiān)控記錄儀。要精確掌握地下水的水位狀況，進(jìn)行對(duì)地下水水質(zhì)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)進(jìn)行地下水環(huán)境的檢測(cè)也是至關(guān)重要的。通過(guò)對(duì)地下水環(huán)境的檢測(cè)，不但可以掌握地下水的流動(dòng)狀況，同時(shí)也可以更精確了解地下水的分布狀況以及有關(guān)化學(xué)成分，從而保證了地下水環(huán)境評(píng)估的科學(xué)化與準(zhǔn)確度。

4.7 水理化性質(zhì)分析與水文地質(zhì)的勘察評(píng)價(jià)

水的理化性質(zhì)研究對(duì)于勘查工作的進(jìn)行，也有至關(guān)重要的影響，在對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，需要組建優(yōu)秀的檢測(cè)團(tuán)隊(duì)，引進(jìn)專業(yè)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。而在完成水文勘查任務(wù)后，要對(duì)水文處理提出正確、科學(xué)的依據(jù)，還針對(duì)勘查的成果開展相應(yīng)的考核檢查。值得注意的是，在勘察評(píng)價(jià)時(shí)，要嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范與流程實(shí)施勘察評(píng)估。同時(shí)，對(duì)成果應(yīng)用進(jìn)行認(rèn)真、全面的檢查，以此提高水文地質(zhì)勘查評(píng)估的準(zhǔn)確度。

5 結(jié)論

本文針對(duì)電法勘探的含義、理論基礎(chǔ)、勘探方法、礦區(qū)污染地影響水文地質(zhì)勘察的相關(guān)工作內(nèi)容、礦區(qū)污染地水文地質(zhì)勘察中存在的問(wèn)題以及礦區(qū)污染地影響水文地質(zhì)勘察的方法等多個(gè)方面，進(jìn)行了詳細(xì)的分析與論述，旨在強(qiáng)調(diào)基于電法勘探的水文地質(zhì)勘察方法，對(duì)于礦物污染地下水保護(hù)的關(guān)鍵性作用，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)行業(yè)的發(fā)展，提供相應(yīng)的借鑒。