高密度電法在查找基巖裂隙水中的應(yīng)用

姜勇

摘 ? 要：本工程首先采用高密度電法查找基巖裂隙及構(gòu)造斷裂帶中因賦水形成的低阻帶，分析各低阻帶的位置、空間分布及規(guī)模，并結(jié)合該地區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)條件及地下水的分布特點(diǎn)，判斷推薦出最有供水可能的富水區(qū)段，直接指導(dǎo)鉆探有針對性地進(jìn)行打孔驗(yàn)證，進(jìn)一步了解含水層的厚度、結(jié)構(gòu)組成及水文地質(zhì)特征，最終通過抽水試驗(yàn)定量地評價(jià)含水層賦水性及井的出水能力，成功地解決了工程建設(shè)的用水問題。

關(guān)鍵詞：高密度電法 ?裂隙 ?斷裂構(gòu)造賦水低阻帶 ?鉆探與抽水試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P641.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（b）-0055-02

某大型工程建設(shè)地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古中東部的低山丘陵山區(qū)，其占地面積南北長340m，東西寬190m，本工程擬在場地內(nèi)自建深層水源井作為供水水源，需水量約300m3/d。

根據(jù)擬建場地的巖土工程勘察報(bào)告及區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，該地區(qū)上部的地層主要由第四系風(fēng)積、沖積細(xì)砂及殘積土組成，層厚10～18m;下部基巖為強(qiáng)風(fēng)化～中等風(fēng)化新生代玄武巖（β1），第四系地層不含地下水，下部基巖是否賦存地下水存在較大的不確定性，與基巖裂隙及斷裂帶等的發(fā)育程度、規(guī)模、連通性及地下水是否存在充足的補(bǔ)給源等關(guān)系密切，為徹底查清廠址區(qū)內(nèi)基巖裂隙及構(gòu)造斷裂帶的賦水情況、確定具體的鑿井位置及成井深度，解決工程的用水問題，本次在廠址區(qū)域內(nèi)開展了高密度電阻率法勘探、鉆探及抽水試驗(yàn)工作。

1 ?高密度電阻率法勘探

1.1 儀器設(shè)備

本次勘測采用DUK-2A高密度電阻率法測量系統(tǒng)，儀器主要技術(shù)指標(biāo)如下：接收部分：電壓測量范圍：6V;電壓測量精度：11個(gè)字;輸入阻抗：>50MΩ;視極化率測量精度：1%1個(gè)字;電流測量范圍：5A;電流測量精度：11個(gè)字;對50Hz工頻干擾壓制優(yōu)于80dB;SP補(bǔ)償范圍：1V。

發(fā)射部分：最大供電電壓900V;最大供電電流5A;供電脈沖寬度1～59s，占空比1：1;整機(jī)電流≤60mA。

解釋軟件：反演軟件，對異常體的反映特別明顯，通過反演軟件繪制電阻率色譜圖。

1.2 測試原理

高密度電阻率法與常規(guī)的電測深法相比具有較高的測點(diǎn)密度，基于垂向直流測深與電測剖面兩種方法的基本原理，地層電性信息較為豐富。本次探測采用溫納爾裝置，溫納電極距為相鄰極距均為a的對稱四極裝置（AM=MN=NB=na），通過改變n值，即改變A、M、N、B之間的相互位置，進(jìn)行剖面測量，能獲得剖面各測點(diǎn)深度為a、2a、3a、……、na的一系列數(shù)據(jù)，儀器自動(dòng)采集、記錄、存儲(chǔ)這一系列視電阻率數(shù)據(jù)，繪制出該剖面的斷面視電阻率等值線，并進(jìn)行電阻率反演計(jì)算。

1.3 測試方法及解釋

測試采用溫納裝置，測點(diǎn)間距5m，最小供電極距為7.5m，最大供電極距為240m，極距數(shù)（層數(shù)）n=16。

高密度電阻率法的解釋軟件是反演軟件，對異常體的反映特別明顯。通過反演軟件繪制電阻率色譜圖，通過對圖像的分析，結(jié)合區(qū)域及有關(guān)資料，定性判斷地下巖土體的分布及構(gòu)造情況，最終得出解釋結(jié)果。

本次在場地內(nèi)從南向北共布置6條高密度測試剖面，每條剖面長300m，從高密度電阻率剖面解釋結(jié)果可以看出，5-5剖面在地面由西向東約110～120m處、地下約35～65m處存在低阻帶，為進(jìn)一步驗(yàn)證低阻帶的存在，通過該點(diǎn)沿南北向又布置了7-7高密度測試剖面，結(jié)果在對面由北向南約130～150m處、地下約40～70m處同樣存在低阻帶，該低阻帶電阻率一般在20～100Ω.m，與周圍相比低阻反應(yīng)明顯，分布范圍集中連續(xù)，埋藏深度在35～70m，結(jié)合該地區(qū)的區(qū)域水文地質(zhì)條件及地下水分布的特點(diǎn)，初步推斷此處為地下水賦水區(qū)域。高密度反演解釋成果詳見圖1和圖2。

2 ?鉆探與抽水試驗(yàn)

為查明高密度電法勘探推薦的富水區(qū)段是否存在地下水及地下水量的賦存情況，根據(jù)高密度電法解釋成果推薦的打井位置，本工程組織相關(guān)人員展開了打井驗(yàn)證工作。鉆探采用GJ200A型鉆機(jī)，鉆探方式采用清水回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，全斷面取芯，鉆孔開、終孔直徑130mm，上部第四系地層及巖石破碎帶采用PVC塑料管護(hù)壁，下部完整巖石采用裸孔，鉆孔深度100m。從地質(zhì)鉆探揭露地層看0.0～8.0m為灰黃色細(xì)砂，8.0～12.0m 為雜色碎石混粘土，12.0～100.0m為灰褐色強(qiáng)風(fēng)化～中等風(fēng)化玄武巖，其中38～45m、56～65m區(qū)段巖體呈碎塊狀，鉆探卡鉆明顯，并出現(xiàn)地下水涌出補(bǔ)給現(xiàn)象。根據(jù)鉆探結(jié)果分析，打井區(qū)域局部賦含地下水，含水層主要為玄武巖裂隙及構(gòu)造破碎帶，深度在地表以下35～70m，地下水類型為基巖構(gòu)造裂隙水，鉆探結(jié)果與高密度電法勘探結(jié)果吻合。

為了解基巖裂隙及破碎帶的富水性，確定單井的出水能力，本工程開展了抽水試驗(yàn)工作，抽水試驗(yàn)完全按《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50027-2001）的有關(guān)要求進(jìn)行，水泵采用95-R-24型深井潛水泵，其揚(yáng)程118m，功率4kW;供電電源采用10kW柴油發(fā)電機(jī);水位觀測采用電測水位計(jì)，水量觀測采用三角堰箱及量筒，抽水試驗(yàn)前靜止水位埋深30.0m，下泵深度60.0m。抽水試驗(yàn)采用一次最大降深，抽水試驗(yàn)共歷時(shí)86h，抽水穩(wěn)定48h，抽水穩(wěn)定動(dòng)水位埋深為48.0m，穩(wěn)定出水量為14.0m3/h。從抽水試驗(yàn)結(jié)果分析，含水層儲(chǔ)水量豐富、補(bǔ)給充沛，單井出水量滿足擬建項(xiàng)目300m3/d的用水需求。

3 ?結(jié)語

高密度電法勘探是目前工程中廣泛應(yīng)用的一種勘探手段，與傳統(tǒng)的電阻率法相比，具有成本低，效率高，信息豐富，解釋方便等特點(diǎn)。本次通過運(yùn)用高密度電法查找基巖裂隙及構(gòu)造斷裂帶中因賦水形成的低阻帶，并結(jié)合該地區(qū)的區(qū)域水文地質(zhì)條件及地下水分布特點(diǎn)，較準(zhǔn)確地分析推斷了低阻帶的位置、規(guī)模及賦水性能，并得到了鉆探及抽水試驗(yàn)的實(shí)際驗(yàn)證，可見高密度電法在本工程中的應(yīng)用是行之有效的。

參考文獻(xiàn)

[1] 董浩斌，王傳雷.高密度電法的發(fā)展與應(yīng)用[J].地學(xué)前緣，2003（1）：171-176.

[2] 劉蕾.高密度電阻率法反演成像及其應(yīng)用[D].成都理工大學(xué)，2003.

[3] GB50027-2001，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)供水文地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京.