变质岩山区高密度电法找水案例

宋云峰，武爱华，李雪梅

1.泰安水文水资源勘测局,山东泰安 271000

2.泰安市岱岳区水务局,山东泰安 271000

3.泰安市水利和渔业局,山东泰安 271000

1 概述

岱岳区西部属于低山丘陵变质岩贫水山区，很多单位城市供水管网没有覆盖，近年来，随着新型城镇建设和工业产业化发展，点状用水单位不断增加，需要钻探自备井取水。中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司泰安压气站位于岱岳区道朗镇，需钻探供水井解决站区生产、生活及消防用水问题。为确定供水井具体位置，采用电测手段，对工程场地进行了水文地质勘测和物探测量工作，以此推断在剖面控制范围内富水砂层及风化裂隙的发育程度，划分富含水区段。

2 地形地貌

区域内为南北环山，中间低洼，地势东高西低，山岭绵亘，沟谷纵横，属构造剥蚀浅切割低山丘陵地形地貌。

3 地层岩性

本区地层分布主要为第四系、太古界。第四系区内广泛分布，主要由更、全新统冲积、洪积相的松散岩类堆积物组成，其岩性自上而下分别为：暗黄色粘质砂土；中细砂；风化极严重卵石土，一般厚度约为5 m左右。太古界隐伏于第四系以下，属变质岩群，主要岩性为黑云母斜长片麻岩、斜长角闪岩、花岗片麻岩，随着区域变质作用，普遍发生混合岩化，呈北西向条带状分布，中细粒结构，粒块状构造，总厚度大于8000 m。

4 构造

大地构造位置属华北地台鲁西台背斜的一部分，泰安）～莱（芜）断陷盆地之西半部，构造上受泰山山脉弧形大断裂控制，形成太古界变质岩系裸露低山丘陵区，第四系以来，一直受上升运动的影响，断裂构造及岩层剥蚀作用发育强烈，形成南北两面环山、中间低洼的地貌形态。

5 水文地质条件

5.1 孔隙潜水

5.1.1 降雨入渗补给 水源地上层为粘质砂土夹砂层，透水性较好，又因地势比较低洼，雨后较少形成地表径流，故降水入渗补给系数较大。

5.1.2 站区外地下水侧向补给 水源地位于康王河上游万米洞出水口南侧，河道自东向西流，水力坡度与地形坡度基本一致，上部为第四系冲积、洪积带，受大气降水与河道侧向补给，该层孔隙潜水比较丰富。

5.2 风化成岩裂隙水

由于受气候、温度、降水等因素，经过年长日久的风化破坏，表层岩体逐渐分离崩解为岩屑，风化碎屑沿着变质岩原有结构，产状组成裂隙空间，裂隙沿片理和劈理面以及各种结构面发育，由大气降水补给。形成了网状风化裂隙富水区。

成岩裂隙主要是变质岩在其生成过程中，不同岩性岩石组合，在接触带产生的构造、结构出现裂隙比较发育，形成了线状构造裂隙富水区[1]。

5.3 地下水排泄

本区地下水排泄以水平排泄为主，向下游的龙门口水库排泄。垂直排泄以潜水蒸发形式为主，由于地下水埋深大于3 m，故蒸发量甚微。

6 地球物理特征

6.1 电性特征

在该区分布地层岩性较单一，第四系粘质砂土呈低阻特征，地表局部人工堆积与建筑垃圾及下伏变质岩电阻率均呈高阻。但随着岩石节理裂隙发育程度、破碎程度、岩溶发育程度的增强，填充物含量的增加，电阻率呈急剧下降趋势。这种差异，为利用电阻率法进行勘探提供了必要的物理前提。

对于发育较大规模构造裂隙来说，因地下水的活动等因素，使其富水性好，一般认为其电阻率值比变质岩电阻率值低[2]。

6.2 异常特征

据上述电性特征分析，本地段反映富水性砂层及断裂构造存在时，产生的异常类别主要为低阻异常，也就是说本地段勘探结果主要寻找的对象为低阻异常体。

7 工作方法

高密度电阻率法是以地壳中岩石和矿石的导电性差异为物理基础，通过观测和研究人工建立的地中电流场的分布规律进行找水和解决地址问题的一种物探方法。工作过程中严格按《电阻率剖面法技术规程》要求执行，开工前对所有仪器设备进行全面系统的检查，调节和标定，确保仪器工作正常。对所用导线进行整理和漏电检查，排除故障，保证野外仪器设备不带病工作。装置形式采用微分装置，对所取得的资料均进行100%复算，绘制视电阻率等值线断面图[4]。

8 物探工程布置

在充分进行了地质踏勘和收集资料的基础上，在泰安压气站新建工程场地北端和北部东西路上东西向布置两条高密度测探剖面，1线控制长度364 m，2线控制长度413 m。两条侧线平行布置，间距39 m，其中2线起点与1线相较东移70 m（详见工程布置图）。

9 资料解释推断

通过软件，对实测资料进行了处理，绘制了温纳装置高密度电法剖面图[5]。

剖面视电阻率色谱特征较为明显，所获得的剖面电性资料均较清楚地反映了岩石的分布特征。岩性分界面（高低阻差异）清晰可见，基本反映在剖面控制范围。从高密度测量断面图看，两条剖面整体规律相同，浅部视电阻率较低，随着深度的增加视电阻率逐渐增大且成层性较好，部分地区出现起伏，推断为局部地层成性不均匀引起[3]。

分析1线视电阻率断面图，整体符合浅部低，随着深度的增加逐渐增大的规律。在剖面245 m即桩号41号处，存在一较明显向下延伸的低阻区，视电阻率低于20 Ω·m，推断为富水性较好的破碎带引起。在190 m附近，对应桩号28号同时存在一向下延伸的低阻带，相较东部低阻带，该异常向下延伸较小，推断为含水性较好的砂层引起。

图1 冀宁管道南段增压工程泰安压气站场地高密度测量工程布置图 比例尺1:1000Fig.1 The engineering plan of high density measurement at Tai’an compressor station of Jining booster of the southern section of pipeline engineering

为验证1线低阻异常区，并确定其走向，在1线南39 m处布设高密度勘探2线，为更好地反映异常，相较1线在东西方向上东移70 m。从断面图看，在该线230 m处，对应桩号34号附近，存在一明显向下延伸的低阻带与1线东部低阻带相对应。该线西部133 m，对应桩号19号附近也存在一向下延伸有限的低阻区，与1线西部异常相对应，推断为富水性较好的地层[4]。

图2 1线高密度测深断面图Fig.2 High density sounding cross-section diagram of line 1

图3 2线高密度测深断面图Fig.3 High density sounding cross-section diagram of line 2

10 建议

10.1 井位确定

图4 Q-S-t关系曲线Fig.4 The relation curve of Q-S-t

通过物探工作，在施工的剖面范围内，在工区内存在两条较好的低阻异常区，推断为含水区域，可将低阻异常带作为水井靶区。井位具体位置应综合物探异常位置及场区建筑物影响而确定。

10.2 水井设计深度

根据压气站各种用水需求和变质岩山区出水概率，设计供水井4眼，单井设计深度100 m。

11 供水井成井报告

经过高密度物探测量，优选了四眼井的位置。钻探后揭露岩心地层，0～5 m，粉质砂土，暗黄色，结构松散，3～4 m为砂层，赋水条件较好；5～100 m，花岗片麻岩，中细粒结构，块状结构，14 m以上比较风化，成粒块状，网状风化裂隙比较发育，下部岩石坚硬破碎，线状构造裂隙比较发育，下部岩石坚硬破碎，为主要含水层。洗井与抽水试验同时进行,使用175QJ10-112潜水电泵，静水位自井口以下2.8 m，动水位自井口以下70 m，单井小时出水量5.6 m3，昼夜出水量134 m3，完全满足需水要求[5]。

表1 抽水试验综合数据Table 1 Synthetic data of pumping test

12 结论

在变质岩山区找水难度较大，单井小时出水量5 m3以上概率低于20%。通过水文地质勘测资料收集，在基本查清区域内地形地貌、地层岩性、构造、水文地质条件的基础上，采用高密度物探测量手段和专用反演成图软件对测得的数据进行处理，对工作过程中数据采集突变点及畸变点改正与剔除，绘制了高密度测深断面图，推断在剖面控制范围内富水砂层及风化裂隙的发育程度，划分富含水区段，为确定供水井具体位置提供地球物理依据。

[1] 王大纯,张人权,史毅虹,等.水文地质学基础[M].北京:地质出版社,1995

[2] 傅良魁.应用地球物理教程-电法勘探[M].北京:地质出版社,1991

[3] 葛如冰,黄伟义.高密度电阻率法在灰岩地区的应用研究[J].物探与化探,1999(1):36-38

[4] 王兴泰.工程与环境物探新方法新技术[M].北京:地质出版社,2003

[5] 邓超文.高密度电法的原理及工程应用[J].韶关学院院报·自然科学版,2007,8(6):66-67