電阻率對(duì)稱四極法在找水打井中的應(yīng)用

羅發(fā)科

摘要：本文以貴安新區(qū)高峰鎮(zhèn)王家院村莊上組找水打井工程為例，介紹電阻率對(duì)稱四極法工作原理、方法技術(shù)，在場(chǎng)地條件不利于布設(shè)無(wú)窮遠(yuǎn)極導(dǎo)致聯(lián)合剖面法無(wú)法運(yùn)用情況下，結(jié)合地形地物、水文地質(zhì)條件，因地制宜地開展電阻率對(duì)稱四極剖面法和對(duì)稱四極測(cè)深法選定最佳井位和鉆進(jìn)深度，成功解決了近500人的飲水安全問(wèn)題和在干旱年份水源水量不足的問(wèn)題，滿足了當(dāng)?shù)厝罕娚罴敖?jīng)濟(jì)發(fā)展需要。

關(guān)鍵詞：地下水；找水打井；物探；對(duì)稱四極法

1.地質(zhì)及地球物理特征

1.1地質(zhì)特征

區(qū)域上處于貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，測(cè)區(qū)西側(cè)發(fā)育一條北東走向平推斷層，斷層面向西傾斜，地層斷距大，傾角約35°～50°；南東側(cè)發(fā)育一條近東西向的斷層。測(cè)區(qū)覆蓋層為第四系（Q）粘土；下伏地層為三疊系青巖組（T2q），巖性為灰色薄至中厚層泥晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r及少量灰黃色鈣質(zhì)粘土巖，地下水賦存運(yùn)移于地下構(gòu)造裂隙、層間裂隙和溶蝕裂隙及小的溶洞中，但溶蝕裂隙規(guī)模較小，透水性中等，部分呈弱透水性，均勻性較差，屬中等富水性含水巖組，地下水類型為巖溶孔隙—裂隙水。

1.2地球物理特征

第四系粘土層電阻率50Ω·m～200Ω·m之間，鈣質(zhì)粘土巖100Ω·m～300Ω·m之間，破碎含水灰?guī)r電阻率在300Ω·m～1000Ω·m之間，完整灰?guī)r電阻率一般在1000Ω·m以上，破碎含水灰?guī)r電阻率與第四系粘土層電阻率、鈣質(zhì)粘土巖電阻率、完整灰?guī)r電阻率存在明顯的差異，具備開展電阻率法找水的物性前提。

2.電阻率對(duì)稱四極法工作原理

不同地層或同一地層由于成分或結(jié)構(gòu)等因素的不同，而具有不同的電阻率，通過(guò)接地電極將直流電供入地下，建立穩(wěn)定的人工電場(chǎng)在地表觀測(cè)某點(diǎn)在水平或垂直方向的電阻率變化，從而了解地層巖（土）體電阻率的分布特性。裝置示意圖如圖1所示，沿物探測(cè)線布設(shè)A、M、N、B四個(gè)電極，AB為供電電極，MN為測(cè)量電極，當(dāng)AB供電時(shí)用儀器測(cè)出地下半空間的供電電流I和MN間的電位差ΔV，用公示（1）計(jì)算出MN間地層的視電阻率：

ρs=KΔV/I（1）

其中，ρs為巖層的視電阻率（Ω·m）；ΔV為測(cè)量電極間的電位差（mV）；I為供電回路的電流強(qiáng)度（mA）；K為裝置系數(shù)，與供電和測(cè)量電極間距有關(guān)，按式（2）計(jì)算：

K=πAM·AN/MN（2）

對(duì)稱四極法有對(duì)稱四極剖面法和對(duì)稱四極測(cè)深法。剖面法測(cè)量時(shí)，MN間距一般為一個(gè)測(cè)點(diǎn)距，AM=NB=（1～n）MN，n根據(jù)勘探深度和場(chǎng)地條件確定，A、M、N、B同時(shí)向一個(gè)方向移動(dòng)逐點(diǎn)觀測(cè)計(jì)算MN中點(diǎn)的視電阻率。測(cè)深時(shí)，將M、N極固定在測(cè)深點(diǎn)兩側(cè)，向測(cè)深點(diǎn)兩側(cè)移動(dòng)A、B極（AM=NB），觀測(cè)計(jì)算多個(gè)AB/2極距下的視電阻率，達(dá)到測(cè)深目的。

3.工作方法及參數(shù)選擇

測(cè)區(qū)西側(cè)由南往北流經(jīng)一條寬約10m的河流，北側(cè)有株—六鐵路復(fù)線穿過(guò)，東側(cè)有在建的貴昆高鐵和民房，造成聯(lián)合剖面法施展受限而采用對(duì)稱四極法，在水文地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，布設(shè)了3條方位35°的物探測(cè)線，測(cè)線間距100m，測(cè)點(diǎn)距10m。先在3條測(cè)線上開展對(duì)稱四極剖面法工作，繪制ρS平面剖面圖，判定巖土體含水性及地下水主徑流通道。然后在地下水相對(duì)富集的剖面上開展對(duì)稱四極測(cè)深工作，了解巖土體由淺及深的電性結(jié)構(gòu)分布情況，劃分巖土體的含水性及埋深，為鉆井設(shè)計(jì)施工提供物探依據(jù)。

觀測(cè)儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠研制的DZD-6多功能直流電法儀。剖面測(cè)量工作參數(shù)：AB=210m，MN=10m，觀測(cè)點(diǎn)距10m。測(cè)深測(cè)量工作參數(shù)：AB/2距1.5m、2.5m、4m、6m、9m、15m、25m、40m、65m、100m、150m、220m、340m，MN/2距0.5m、1.5m、3m、6m，測(cè)深點(diǎn)距10m。

4.異常特征

從對(duì)稱四極ρS平面剖面圖（見圖2）上看，1號(hào)線44.5點(diǎn)、50.5～51.5段、60.5～63.5/1段，2號(hào)線50.5～53.5段，3號(hào)線50.5～51.5段，300Ω·m≤ρS≤1000Ω·m，顯示這些地（點(diǎn)）段巖體溶蝕裂隙較發(fā)育或較為破碎，含水性較好；其余地段ρS在1000Ω·m以上，表明巖體完整，含水性差。推測(cè)51.5/1點(diǎn)、51.5/2點(diǎn)、53.5/2點(diǎn)、51.5/3點(diǎn)連線一帶地下水較富集，為測(cè)區(qū)地下水的主徑流通道。

從1號(hào)線對(duì)稱四極測(cè)深ρS擬斷面圖上看，在49.5～53.5段300Ω·m～1000Ω·m各條ρS等值線表現(xiàn)為明顯的“V”字形特征，谷底位于51.5點(diǎn)，推測(cè)51.5點(diǎn)從淺部（AB/2為4m）到深部（AB/2為340m）巖體溶蝕裂隙較發(fā)育（或破碎），發(fā)育深度大于150m，顯示深部地下水較富集，是測(cè)區(qū)內(nèi)的最佳鉆井取水點(diǎn)。

5.鉆井驗(yàn)證效果分析

鉆探工程查明：該井在孔深7.5m～11.0m處裂隙發(fā)育，初見地下水。在26.0m～29.0m、50.0m～53.0m、76.5m～79.5m段均發(fā)育有裂隙，均見水量變大，均為該井的主要出水段?？咨?.5m測(cè)得瞬時(shí)流量為0.331L/S；孔深11.0m測(cè)得瞬時(shí)流量為0.546L/S；孔深26.0m測(cè)得瞬時(shí)流量為0.644L/S；孔深29.0m測(cè)得瞬時(shí)流量為0.812L/S；孔深50.0m測(cè)得瞬時(shí)流量為0.926L/S；孔深53.0m測(cè)得瞬時(shí)流量為1.094L/S；孔深76.5m測(cè)得瞬時(shí)流量為1.296L/S；孔深79.5m測(cè)得瞬時(shí)流量為1.638L/S。根據(jù)生化指標(biāo)分析，水質(zhì)指標(biāo)分類為良好（Ⅱ類），適用于各種用途。

6.結(jié)語(yǔ)

（1）直流電阻率法是碳酸鹽地區(qū)常用的物探找水方法，普遍采用的裝置為聯(lián)合剖面+測(cè)深，當(dāng)無(wú)窮遠(yuǎn)極布設(shè)受阻無(wú)法施展聯(lián)合剖面觀測(cè)時(shí)，可根據(jù)測(cè)區(qū)水文地質(zhì)條件和地形地物情況布設(shè)對(duì)稱四極剖面開展面上觀測(cè)，結(jié)合對(duì)稱四極測(cè)深資料確定最佳鉆井位。

（2）該機(jī)井工程實(shí)施的建成，每日可為區(qū)內(nèi)提供100m3/d以上良好的地下水資源，徹底解決了高峰鎮(zhèn)王家院村莊上組一帶人畜安全飲水問(wèn)題，同時(shí)剩余水資源量可兼顧農(nóng)田灌溉，將對(duì)地方經(jīng)濟(jì)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

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