綜合物探法在某水環(huán)境治理工程中的應用

黃杰炯

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 概述

某水環(huán)境治理工程內(nèi)湖區(qū)由于常年淤積，水體封閉，補給流量不連續(xù)，造成工區(qū)內(nèi)水體營養(yǎng)因子濃度偏高，存在造成生態(tài)不平衡隱患，需要在工程區(qū)內(nèi)尋找活水補給源。

工程區(qū)處于南寧向斜盆地的東南部，在大地構造上位于華南準地臺的西南端，盆地北緣發(fā)育有區(qū)域性斷裂心圩—韋村斷裂，走向呈北東東向，屬正斷層。工區(qū)內(nèi)出露地層主要有第四系人工堆積層（Qs）、沖積層（Qal）和第三系古新—始新統(tǒng)d 組（Ed1-2）、底部巖組（E13）等。參照區(qū)域地質(zhì)圖和地震動參數(shù)區(qū)劃圖等資料，工程區(qū)地質(zhì)構造基本穩(wěn)定，無較大的區(qū)域性斷裂通過。工程區(qū)位于南寧盆地東南側，整體地勢較高，屬邕江高階階地，工程區(qū)為地下水貧乏區(qū)。根據(jù)工區(qū)地質(zhì)資料，第三系地下水賦存條件差，主要為裂隙水，勘探工作則是找到賦存于第三系半成巖中的裂隙水。

2 工作方法與技術

高密度電法勘探前提條件是地下介質(zhì)間的導電性差異。高密度電法是電測深與電剖面方法的結合，其觀測點密度高，可同時探測水平和垂直方向上電性變化的一種電法勘探方法。它可以實現(xiàn)電阻率的快速采集并現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)的實時處理，從而改變了電法的傳統(tǒng)工作模式，它集電剖面和電測深于一體，采用高密度布點，進行二維地電斷面測量，提供的數(shù)據(jù)量大、信息多，并且觀測精度高、速度快。

地面核磁共振方法是利用不同物質(zhì)原子核弛豫性質(zhì)差異，即利用了水中氫核（質(zhì)子）的弛豫特性差異，在地面上利用核磁共振找水儀，觀測、研究在地層中水質(zhì)子產(chǎn)生的核磁共振信號的變化規(guī)律，進而探測地下水的存在性及賦存特征。

本工程根據(jù)場地資料及場地地形條件等，在通過已知水井點地段，首先采用高密度電法探測，明確水井點所屬位置及其周圍地球物理特征，推測含水層裂隙水補給來源方向。根據(jù)抽水試驗，確定成井流量。在此已知條件上，再進行核磁共振探測，確定已知條件的弛豫時間以及豐水度，為尋找下一個井點提供基本參考。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及前期實地查勘確定了1#取水點位置，1#取水點位置為殘丘，地勢較高，地面高程約98 m，且位于地下水分水嶺附近，地貌屬第四系沖積Ⅳ級階地，1#鉆井井深85 m，其中0～0.8 m為粉質(zhì)粘土，0.8～13.0 m 為含泥砂礫石層，含泥量高，結構緊密，13.0～70.0 m為泥巖、砂巖。該井地下水主要含水層為半固結砂巖、泥巖巖組，鉆孔未揭穿該巖組，地下水類型主要為孔隙裂隙水，主要受孔隙水補給，該鉆井地下水埋深約19 m。對該孔采用單孔抽水試驗，根據(jù)抽水試驗數(shù)據(jù)繪制Q-s 曲線圖和Q-t、s-t過程曲線圖（分別見圖1、圖2）。

圖1 1#井Q-s曲線圖

圖2 1#井Q-t、s-t過程曲線圖

由圖2 可知，當抽水流量達15 m3/h 時，其水位降深穩(wěn)定在40 m，流量穩(wěn)定，結合Q-s 曲線圖（圖1），可判定該井地下水水量略大于15 m3/h。

3 綜合探測測試成果及分析

根據(jù)工區(qū)場地及地形地物條件，在工區(qū)布置了3條高密度電法測試剖面（編號分別為G1-G1＇、G2-G2＇、G3-G3＇），根據(jù)測試成果初步確定2 個較為有利的成井點位，然后以這2 個點位及正在打的鉆井為中心進行了核磁共振法測試，進一步確定推薦成井點位。在外業(yè)工作中，還布置了一條大地電磁測深剖面，由于測試受到干擾，未對剖面開展解譯工作，僅供參考。各剖面及測點位置見圖3。

圖3 各剖面及測點位置圖

3.1 高密度電法G1-G1＇剖面分析

圖4 G1-G1＇剖面視電阻率等值線圖

G1-G1＇剖面長420 m，10 m極距，地形起伏較大，具體位置見圖3。分析視電阻率等值線圖（見圖4），在打1#鉆井離剖面垂直距離約15 m，垂直投影約在剖面上285 m處。該井孔徑600 mm，所埋濾沙管管徑377 mm，井深90 m；其中覆蓋層約13 m，下伏基巖為泥巖，約70 m 到砂質(zhì)泥巖，據(jù)抽水試驗出水量約15 t/h。從285 m處淺部相對高阻、深部相對低阻的視電阻率特征基本反映該鉆井的電性特征；等值線圖上有一條低阻帶，從地表的剖面80～100 m 處往剖面大號方向深部延伸，結合G2-G2＇剖面的視電阻率等值線圖分析，有一條斷層經(jīng)過G1-G1＇剖面（即該低阻帶的位置），低阻帶中間還有相對高阻隔斷，推測低阻帶中高阻體是泥巖裂隙發(fā)育較弱的反映，結合高程因素分析可能成井點在170 m 處（可能成井點1）。

為了查明在該剖面170 m 處的含水情況，以該位置為中心，布置了100 m×100 m 方型線圈進行核磁共振測試，測試成果見圖5。分析G1-G1＇剖面170 m處的含水直方圖（圖5），0～5 m的含水層是地表水，受地表補給影響較大，不適合作為水井水源補給；5～58 m 含水量較低，幾乎沒有一次反映；在58～76 m和76～100 m的含水層由于縱向弛豫時間T1 值相對較大，說明這兩層水流動性較好，且含水量相對百分比也較大，推測出水量較多。建議此處推薦為成井點（可能成井點1），井深100 m。

3.2 高密度電法G2-G2＇剖面分析

G2-G2＇剖面長590 m，10 m 極距，地形較平坦，具體位置見圖3。分析視電阻率等值線圖（見圖6），等值線圖上有一條低阻帶，從地表的剖面160～210 m 處往剖面大號方向深部延伸，結合G1-G1＇剖面的視電阻率等值線圖分析，有一條斷層經(jīng)過G2-G2＇剖面（即該低阻帶的位置），綜合分析可能成井點在220 m處（可能成井點2）。

圖5 G1-G1＇剖面170 m處含水直方圖

圖6 G2-G2＇剖面視電阻率等值線圖

為了查明在該剖面220 m 處的含水情況，以該位置為中心，布置了100 m×100 m 方型線圈進行核磁共振測試，其測試成果見圖7，分析G2-G2＇剖面220 m處的含水直方圖（圖7），0～5 m的含水層是地表水，受地表補給影響較大不適合作為水井水源補給；5～58 m 這一層幾乎沒有含水；在58～76 m 和76～100 m 的含水層由于縱向弛豫時間T1 值相對較大，這兩層水流動性較好，且含水量相對百分比也較大，推測出水量較多。建議此處推薦為成井點（可能成井點2），井深為100 m。

3.3 高密度電法G3-G3＇剖面分析

圖7 G2-G2＇剖面220 m處含水直方圖

G3-G3＇剖面長590 m，10 m極距，地形略有起伏，具體位置見圖3。分析視電阻率等值線圖（圖8），剔除地表的干擾因素后G3-G3＇剖面的電性特征顯示基本都是泥巖的反映，沒有發(fā)現(xiàn)斷層經(jīng)過，沒有明顯適合成井的條件，因此不建議在該剖面打井。

圖8 G3-G3＇剖面視電阻率等值線圖

3.4 特征比較

為了進一步對比2 個推薦成井點的含水情況，我們對1#鉆井采取同樣參數(shù)進行核磁共振測試，其測試成果見圖9。分析該鉆井含水直方圖（圖9），0～5 m 的含水層同樣是地表水；在44～58 m 有含水的特征，但其縱向弛豫時間T1 值相對較小，跟鉆探工人了解情況后推測是承壓水的反映；在58～76 m和76～100 m的含水層由于縱向弛豫時間T1值相對較大，這兩層水流動性較好，且含水量相對百分比也較大，推測出水量較多。抽水試驗出水量約15 t/h。

對比2 個推薦成井點與已打1#鉆井的含水直方圖，可能成井點2比已打1#鉆井的含水層縱向弛豫時間T1 值相對更大，含水層的水流動性更好，含水量相對百分比相當；可能成井點1比已打1#鉆井的含水層縱向弛豫時間T1值相對較小，含水層的水流動性較弱，含水量相對百分比相當；比較結果是可能成井點2優(yōu)于可能成井點1。

圖9 1#鉆井含水直方圖

綜合上述分析，推薦打井井位是G2-G2＇剖面220 m 處（推薦成井點），建議井深100 m，出水量與1#鉆井相當，約為15 t/h。

3.5 抽水試驗

根據(jù)物探勘察結果，選定推薦成井點作為2#井水源補給點。2#井水源點地貌屬第四系沖積Ⅳ級階地，位于山坡坡腳，地面高程約92 m，鉆井井深110 m，其中0～1.5 m 為粉質(zhì)粘土，1.5～5.0 m 為含泥砂礫石層，含泥量高，結構緊密，5.0～73.0 m為礫巖、泥巖，73.0～110.0 m 以砂巖為主。該井地下水主要含水層為半固結砂巖、泥巖巖組，鉆孔未揭穿該巖組，地下水類型主要為孔隙裂隙水，主要受孔隙水補給，該鉆井地下水埋深約9 m。

對該鉆井進行抽水試驗（2#井進行抽水試驗時，1#井持續(xù)不間斷抽水，并定時量測水位），本次抽水試驗處于地下水豐水期內(nèi)，抽水試驗采用單孔抽水試驗法，根據(jù)抽水試驗數(shù)據(jù)繪制Q-s 曲線圖和Q-t、s-t過程曲線圖（分別見圖10、圖11）。

圖10 2#井Q-s曲線圖

由圖11可知，當抽水流量達16 m3/h時，其水位降深穩(wěn)定在22 m，流量穩(wěn)定，結合Q-s 曲線圖（見圖10），可判定該井地下水水量可達到16 m3/h。

圖11 2#井Q-t、s-t過程曲線圖

2#井進行抽水試驗時，1#井不間斷抽水，根據(jù)期間觀察數(shù)據(jù)，1#井水位、水量穩(wěn)定，沒有明顯下降、減少。同時1#為砂巖裂隙水，埋深較深，2#井為深層構造水，出水位置高程比較低，受地表徑流補給和大氣降水、季節(jié)性變化的影響較小，據(jù)此可判定常年抽水時1#、2#井的流量分別達到15、16 m3/h是有保障的，且兩口井之間基本不相互影響。

4 結語

本次工作主要采用了高密度電法和核磁共振法兩種方法綜合開展探測工作，利用不同參數(shù)特征，克服場地條件等客觀因素的影響，綜合分析異常并通過檢驗，得到了較為滿意的結果，為今后類似項目提供參考。同時筆者認為如何經(jīng)濟有效地利用各種方法的優(yōu)勢，結合多種方法更加精準探測是今后的思考和研究方向。