充電法在貴陽市站街太平村巖溶管道地下河路徑勘探中的應(yīng)用

陳開銀 熊英舉

關(guān)鍵詞：充電法;巖溶管道;地下河

1勘探區(qū)概況

勘探區(qū)位于貴陽市站街太平村，基巖以灰?guī)r為主，巖溶管道較為發(fā)育。根據(jù)勘探區(qū)地形地貌形態(tài)、特征、組合類型等，區(qū)內(nèi)地貌大致可劃分為溶蝕地貌、溶蝕一侵蝕地貌兩種形態(tài)。

溶蝕地貌：區(qū)內(nèi)的主要地貌類型，形態(tài)復(fù)雜多樣。組合形態(tài)有溶蝕盆地、峰叢洼地、峰叢槽谷、峰叢谷地、溶丘谷地及殘丘坡地等，個(gè)體形態(tài)有孤峰、漏斗、石林、落水洞等。

溶蝕一侵蝕地貌：主要在碳酸鹽巖和碎屑巖互層類地層分布區(qū)，除溶蝕作用外，侵蝕作用亦具有重要作用。

鑒于勘探區(qū)巖溶較為發(fā)育，且有地下河出口QZSl59、地下河天窗QZK21、落水洞QZK20及QZK23等露頭，故采用充電法進(jìn)行測(cè)量，能更準(zhǔn)確反映出巖溶體的空間展布情況。太平村地下河出口Qzsl59為雞場(chǎng)鋪一帶農(nóng)田灌溉水源，目前遭受污染;該點(diǎn)東部500m處的地下河天窗QZK21（原太平村飲用水源地）水體渾濁，也受到了污染。地下河補(bǔ)給區(qū)內(nèi)發(fā)育落水洞QZK20及QzK23，進(jìn)入落水洞的地表水被站街鎮(zhèn)生活垃圾污染，但其排泄去向不明，推測(cè)可能會(huì)與Qzs159存在水力聯(lián)系。

為了查明太平村地下河上游污染物主要污染途徑，為地下河污染治理提供詳細(xì)基礎(chǔ)資料，本次物探測(cè)量采用充電法對(duì)太平村地下河的主徑流帶以及污染物運(yùn)移途徑進(jìn)行查明，共布設(shè)5條測(cè)線，點(diǎn)距10m，測(cè)線長(zhǎng)共3.3km，本次物探測(cè)量分別以地下河入口QZK20（1號(hào)入口）、QZK23（2號(hào)入口）、QZK21（地下河天窗露頭）及地下河出口QZSl59為充電A極，其測(cè)線布置如圖1所示。

2方法概況

充電法是對(duì)地面上、坑道內(nèi)或鉆孔中已經(jīng)揭露的良導(dǎo)體直接充電，以解決某些地質(zhì)問題的一種電法勘探方法，當(dāng)對(duì)具有天然或人工露頭的良導(dǎo)地質(zhì)體進(jìn)行充電時(shí)，若良導(dǎo)地質(zhì)體的電阻率遠(yuǎn)小于圍巖電阻率時(shí)（<200倍），我們便可近似地把它看做理想導(dǎo)體。當(dāng)理想導(dǎo)體位于一般導(dǎo)電介質(zhì)中時(shí)，向其上任意一點(diǎn)供電（或稱“充電”）后，電流便遍及整個(gè)理想導(dǎo)體，然后垂直于導(dǎo)體表面流向周圍介質(zhì)。電流在理想導(dǎo)體內(nèi)流過時(shí)，不產(chǎn)生電位降，導(dǎo)體內(nèi)電位處處相等，故又稱理想導(dǎo)體為等電位體。理想導(dǎo)體的充電電場(chǎng)與充電點(diǎn)的位置無關(guān)，只決定于充電電流的大小，充電導(dǎo)體的形狀、產(chǎn)狀、大小、位置及周圍介質(zhì)的電性分布情況。

充電法主要有電位法、電位梯度法和直接追索等位線法三種觀測(cè)方式。電位法是將一個(gè)測(cè)量電極N固定在遠(yuǎn)離測(cè)區(qū)的邊緣，作為電位零值點(diǎn);另一測(cè)量電極M則沿測(cè)線逐點(diǎn)移動(dòng)，觀測(cè)其相對(duì)于N極的電位差，作為M極所在測(cè)點(diǎn)的電位值u;同時(shí)觀測(cè)供電（即充電）電流I;計(jì)算歸一化電位值u/I。電位梯度法（簡(jiǎn)稱梯度法）是使測(cè)量電極M和N保持一定距離（通常為1～2個(gè)測(cè)點(diǎn)距）沿測(cè)線一起移動(dòng)，逐點(diǎn)進(jìn)行電位差A(yù)U和供電電流I的觀測(cè)，計(jì)算歸一化電位梯度值A(chǔ)U/（MN·I）。記錄點(diǎn)為MN的中點(diǎn)。由于電位梯度值有正、負(fù)之分，故觀測(cè)時(shí)要注意待測(cè)電位差A(yù)U的符號(hào)變化。追索等位線法是利用測(cè)量電極M、N及聯(lián)在其間的10～20m導(dǎo)線和檢流計(jì)組成的追索線路，在測(cè)區(qū)內(nèi)直接追索充電電場(chǎng)的等電位線。前兩種觀測(cè)方式是目前野外生產(chǎn)常采用的主要方式，特別是梯度法的裝置輕便，梯度曲線分辨力較強(qiáng)，故在充電法中最常用。直接追索等位線法生產(chǎn)效率較低，又僅能獲得等電位線資料，故一般很少用于面積性測(cè)量，只在用充電法確定地下水流向和流速時(shí)應(yīng)用。

本次充電法測(cè)量采用的工作方法為電位梯度法，目的是追索太平村地下河徑流帶，分別以地下河入口QZK20（1號(hào)入口）、QZK23（2號(hào)入口）、QZK21（地下河天窗露頭）及地下河出口QZSl59為充電A極充電，觀測(cè)點(diǎn)距10m，總觀測(cè)點(diǎn)數(shù)329個(gè)。觀測(cè)儀器為WGMD-9超級(jí)高密度電法儀，記錄電位差A(yù)U和供電電流I，計(jì)算歸一化電位梯度值A(chǔ)U/（MN·I），繪制各測(cè)線的電位梯度曲線圖。

3成果分析

本次物探測(cè)量共布設(shè)5條測(cè)線，分別以地下河入口QZK20（1號(hào)入口）、QZK23（2號(hào)入口）及地下河出口QZK21（地下河露頭）、QZSl59為充電A極得到電位梯度曲線，其電位梯度曲線如下圖所示：

物探1線長(zhǎng)度600m，點(diǎn)距10m，該測(cè)線以地下河入口QZK20與地下河天窗露頭QZK21為充電目標(biāo)體，以判斷其連通性。

工作中分別以QZK20為充電A極及QZK21為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖2可知，1號(hào)入口A極與1號(hào)入口B極電位梯度曲線形態(tài)基本相近，1號(hào)入口A極電位梯度曲線在300～550區(qū)間有多個(gè)零值點(diǎn)，而1號(hào)入口B極電位梯度曲線只有一個(gè)較為明顯的零值點(diǎn)出現(xiàn)，分析是由于以1號(hào)入口供電時(shí)由于該測(cè)線距入口較近，河水在1號(hào)入口進(jìn)入地下后向周邊巖石多個(gè)方向滲流，造成多個(gè)零值點(diǎn)的出現(xiàn)，而以地下河天窗露頭QZK21為充電A極時(shí)，其與1號(hào)入口只有一個(gè)連通管道，所以只有一個(gè)較為明顯的零值點(diǎn)出現(xiàn)，綜合分析認(rèn)為該充電目標(biāo)體是連通的，在測(cè)線455m（Y1—1）位置零值點(diǎn)為地下河入口QZK20（1號(hào)入口）與地下河天窗露頭QZK21連通管道平面位置。

物探2線長(zhǎng)度700m，點(diǎn)距10m，共計(jì)71個(gè)測(cè)點(diǎn)，該測(cè)線以地下河入口QZK20（1號(hào)入口）與地下河天窗露頭QZK21為充電目標(biāo)體，以判斷其連通性。

為了判斷其連通性，工作中分別以QZK20為充電A極及QZK21為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖3可知，1號(hào)入口A極與1號(hào)入口B極電位梯度曲線形態(tài)基本相近，由于供電方向相反，其幅值正負(fù)號(hào)相反，綜合分析認(rèn)為該充電目標(biāo)體是連通的，在測(cè)線490m（Y2—1）位置零值點(diǎn)為地下河入口QZK20（1號(hào)入口）與地下河天窗露頭QZK21連通管道平面位置。

物探3線長(zhǎng)度700m，點(diǎn)距10m，該測(cè)線以地下河人口QZK23與地下河出口QZSl59為充電目標(biāo)體，以判斷其連通性。

工作中分別以QZK23為充電A極及QZSl59為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖4可知，2號(hào)入口A極與2號(hào)入口B極電位梯度曲線形態(tài)基本相近，由于供電方向相反，其幅值正負(fù)號(hào)相反，在測(cè)線385m（Y3—1）位置有一明顯零值點(diǎn)，綜合分析認(rèn)為該充電目標(biāo)體是連通的，測(cè)線385m位置為地下河入口QZK23（2號(hào)入口）與地下河出口QZSl59連通管道平面位置。

物探4線長(zhǎng)度600m，點(diǎn)距10m，該測(cè)線以地下河入口QZK23（2號(hào)入口）與地下河出口QZSl59為充電目標(biāo)體，以判斷其連通性。

為了判斷其連通性，工作中分別以QZK23為充電A極及QZSl59為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖5可知，2號(hào)入口A極與2號(hào)入口B極電位梯度曲線形態(tài)基本相近，由于供電方向相反，其幅值正負(fù)號(hào)相反，在測(cè)線170m位置有一明顯零值點(diǎn)，綜合分析認(rèn)為該充電目標(biāo)體是連通的，在測(cè)線170m（Y4-1）位置零值點(diǎn)為地下河入口QZK23（2號(hào)入口）與地下河出口QZSl59連通管道平面位置。

物探5線長(zhǎng)度700m，該測(cè)線以地下河入口QZK23（2號(hào)入口）與地下河出口QZSl59為充電目標(biāo)體，以判斷其連通性。

為了判斷其連通性，工作中分別以QZK23為充電A極及QZSl59為充電A極得到兩條充電電位梯度成果圖。由圖6可知，2號(hào)入口A極與2號(hào)入口B極電位梯度曲線形態(tài)基本相近，由于供電方向相反，其幅值正負(fù)號(hào)相反，在測(cè)線322m位置有一明顯零值點(diǎn)，綜合分析認(rèn)為該充電目標(biāo)體是連通的，在測(cè)線322m（Y5-1）位置零值點(diǎn)為地下河入口QZK23（2號(hào)入口）與地下河出口QZSl59連通管道平面位置。

4結(jié)論與建議

由以上各線電位梯度曲線分析結(jié)果可知地下河入口QZK20（1號(hào)入口）、QZK23（2號(hào)入口）、QZK21（地下河天窗露頭）及地下河出口QZSl59均是相互連通的，且基本判斷出了太平村小寨地區(qū)地下河發(fā)育路徑（參見圖1），其結(jié)果與試蹤試驗(yàn)結(jié)果相吻合，由此表明，在有地下水露頭區(qū)域運(yùn)用充電法電位梯度測(cè)量以確定地下河管道位置上具有較好的應(yīng)用效果。

在實(shí)際工作中，為了取得更好的測(cè)量效果，可設(shè)置較小的測(cè)點(diǎn)間距，選取合適的AB/2極距，選擇較大的充電電流。需要注意的是，當(dāng)采用較小測(cè)點(diǎn)距時(shí)，測(cè)量深度較淺，要結(jié)合工作實(shí)際情況給以綜合考慮。在條件允許時(shí)可適當(dāng)增加其他工作方法綜合判斷，提高物探測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確率。