激电测深法在张家口某村庄地下水勘查中的应用

夏 凡

(河北省煜环环保科技有限公司，河北石家庄050051)

张家口，又称“张垣”“武城”，位于中国河北省西北部，地处京、冀、晋、蒙四省市区交界处。全市地势西北高、东南低，阴山山脉横贯中部，将全市划分为坝上坝下两个自然地理区域。南部坝下地处华北平原和内蒙古高原的过渡带，该区域地形复杂，山峦起伏，丘陵与河谷盆地相间分布。处于南部山区村庄的老百姓常年受着用水难、吃水难等问题的困扰，这严重制约了当地经济的发展。

1 激电测深法

大功率激发极化法又称激电测深法，是一种以不同岩层、矿石的激电效应之差异为物质基础，通过观测和研究大地激电效应，以探查地下地质情况的一种勘探方法，同时也是最有效的地下水勘查方法之一。因此，在解决旱区人民饮用水的物探方法中，激发极化法一直受到广大水文地质工作者的青睐。

研究表明，充水裂隙、破碎带及由粘土矿物组成的岩石等，充、放电速度很快，而颗粒较粗(如砂或砂砾组成)的岩石和完整岩石充放电速度则较慢。这对评价激电异常和利用激电法找水很有实际意义，也是用激电法寻找地下水的地球物理前提。其电阻率公式为:

式中:ρs为视电阻率(Ω·m);K为由AB、MN各极点相对距离得出的系数［1］～［3］。

2 工作方法及流程

激电法找水简单、快捷、效率高，概括说来可分为测区地质资料的收集与现场踏勘;再根据踏勘现场决定工作的设计;然后野外数据采集、整理、初步成图进行分析解释;最后定井位，进行打钻工作。本次激电工作设计如下:

(1)确定重点区的工作。在工作区进行水文地质调查工作及走访，并对区内前人打井工作的成功失败案例进行分析总结，确定工作区内汇水条件较好的所谓“靶区”。

(2)物探测线工作的布置。在区内做已成井的井旁电阻率测深工作，获取成功出水井的含水层结构物性特征资料。

(3)在“靶区”重点位置做激电测深工作，条件允许时尽量做剖面布置，条件不允许时采取单点测量方式进行勘探。

(4)为保证勘探精度，激电测深工作一次场电位必须达到30 mV以上。为此，我们采用了多项措施。采用了两台5 KW的大功率发电机。为保证接地效果及供电效果，在AB极两端采取了十几根经过打磨的钢钎，并浇上大量水来降低接地电阻。

(5)最后在一步为进行电阻率曲线特征分析，完整的该类岩石电阻率相对较高，电测深ρs曲线一般表现为“A”型，斜率一般在45°左右。由于断裂构造充水、溶蚀，岩溶发育地段电阻率将明显降低，形成低阻异常。在断裂构造上及岩溶裂隙发育带上ρs同步下降低阻呈“H”型曲线，曲线会出现变平缓，斜率变小、拐折异常特征。勘探中要把握这样的原则，注意所谓“平台”，“台阶”的存在［4］～［7］。

因此，本区找水的重点应放在寻找断层构造上，以探寻岩层下破碎带中的裂隙水为主。但是需要注意的是，虽然上述岩溶段或断裂构造与完整基岩的电性存在明显的差异，为开展电法工作提供了可靠的地球物理前提。但是，不能忽视的是在溶洞及裂隙中出现的泥质充填物，其成分一般为钙泥质与铁泥质薄膜泥水混合物也会呈现低阻中低极化特征。在进行解译时一定注意多利用其与充水裂隙的极化率的区别［8］［9］。

3 勘查实例

3.1 靶区的选择工作

该村位于内蒙高原与华北平原交界的山前丘陵区，村庄附近有一些小型沟壑山谷。其中，在村庄北部有一条规模较大近东西向冲沟纵贯村庄，冲沟深度＞3 m。冲沟南侧第四系覆盖层较薄(＜5 m)，地表多见基岩出露;冲沟北侧第四系覆盖较厚(10 m左右)，有基岩出露，岩性为白云质灰岩及灰质白云岩。此处的构造较为明显，可以推断冲沟处应该为一断裂构造，而沟内汇水条件又较为理想，而且村庄有一个正在使用的水井也处于冲沟的附近。因此，选定此处为重点出水“靶区”。

3.2 已知井位处工作

已知井位于上述冲沟的东南部，成井于上世纪80年代，根据已掌握的该井资料得知，此井80 m左右见水，最终成井深度120 m。当时该井成井时的出水量准确数据已无从考证，目前的出水量约为30 m3/h。随着村庄规模的不断发展，已有的水井已无法满足村民日常生活及灌溉需要。

为了能够获取该地区更多的地层物性资料，同时为保证定井的成功率，我们在该井处做了井旁的电测深工作。最大AB极距取1 000 m。如图1所示为已知井井旁视电阻率、视极化率双对数测深曲线图。

由图中视电阻率曲线可以很明显的看出在AB/2为130 m往后出现所谓的电阻率“平台”，完全符合前文所述完整基岩下的破碎含水带电性特征。估计深度70 m－80 m以下到达含水层，与已掌握已知井揭露的含水层深度较为吻合。

由此，可以证明，激电测深法在该地区进行选定井位的工作具有很高的可行性，并且在该已知井处的验证测量工作对接下来的地下水勘察工作有着很高的指导意义。

图1 已知井位电测深曲线图

3.3 A孔定孔实例

为了保证成井率，我们在靶区选取了两处重点位置，同时兼顾了汇水条件及取水方便等因素。以下为A孔处激电测深工作介绍:

由图2所示为拟定的A孔处进行的激电测深曲线，可以看出，电阻率曲线呈近45°的斜率一直未有变化，同时很明显的看出与已知井处的曲线差别较大，电阻率曲线对含水构造的反应也非常不明显。因此决定放弃此孔，再另行寻找下一个孔位。

图2 拟定A孔处电测深曲线图

3.4 B孔定孔实例

通过对A孔处选点工作的分析，我们得出这样的结论，A孔可能已经位于破碎带的范围之外。如果想要提高出水的成功率，应该将孔位在向推断的破碎中心靠近，因此我们又选定了B孔作为第二个备选定井位处。在此处进行了激电测深工作，见图3。

图3 拟定井位电测深曲线图

在B孔处的激电测深曲线图中我们可以看到两点:第一，电阻率曲线与井旁测深曲线形态高度一致;第二，在AB/2为150 m左右处，即推断深度为75 m以下时电阻率曲线斜率逐渐变小，曲线形态走势平缓，再结合极化率曲线，在低阻区域同时对应着高极化率，基本可以确定B孔处是值得进行钻探工作的。

我们再来结合该地区已有井的情况来分析，推断含水层位应该对应的是中等富水带，最大出水深度应为120 m左右。最终该井成井深度为140 m，出水层位分别为73 m和125 m，涌水量60 m3/h，完全满足当地老百姓的生活及灌溉用水，极大缓解了当地用水难的现状。

4 结论

(1)根据本次地下水勘查工作实例可知，根据电测深的曲线形态进行含水结构分析是行之有效的。并且，直流电法更是因其抗干扰能力强、原理成熟、解译简单快捷等优点为井位选取工作提供了可靠依据。

(2)在激电测深工作确定有水、无水、泥质充填物的性质、富水情况时绝对不可忽视水文地质条件，必须结合工作区的地质构造，地形地貌，地下水的补排途径进行综合分析，才可确定“靶区”提高物探工作解译的准确性。

［1］刘国辉，张献民，贾学民.地下水资源电法勘探新技术［M］地震出版社，2007，60 －64.

［2］刘云祯.工程物探新技术［J］.地质出版社.2006，249 －254.

［3］宋洪伟，张翼龙，刘国辉等.综合电法在太行山区地下水勘查实例解析［J］.水文地质工程地质，2012，(2):23 －29.

［4］李金铭.地电场与电法勘探［M］.地质出版社，2005，208－215.

［5］孟建春，池海.激发极化法在呼市草原水源勘探中的应用［J］.中国煤田地质，2006，18(2):62 －68.

［6］朱旭东.激发极化法在地下水勘探中的应用［J］.勘察科学技术，2004，(4);58 －60.

［7］叶明金，吴述来，廖建龙.湘西龙溪塘地区直流激电找水应用效果分析［J］.地下水，2006，28(5):75 －105.

［8］宋洪伟，张翼龙，夏凡.大功率激电测深法在达茂旗某地水文勘探中的应用［J］.工程勘察，2012，40(1);58 －60.