地形及岩层产状对电测深找水的影响

2014-12-14刘福臣

地下水 2014年5期

王宁，刘福臣

(1.山东省日照市移民局，山东日照 276826;2.山东水利职业学院，山东日照 276826)

电测深法找水是建立在地面水平，下部介质均匀且水平的假设条件下。野外电测时，常会遇到各种地形、地貌、各种特殊地质条件，当地形起伏变化、下部介质是不均匀的或非水平的，均与理论假设条件不符合，这样对电测深的结果就会造成一定的影响，如果在电测深曲线分析时不能排除这些影响，往往会误判造成找水定井失败。因此必须探讨不同地形、不同岩层产状、不同布极方式对电测找水的影响，提高电测找水的成功率。

1 地形对电测深的影响

地形对电测深的影响，主要表现为在地形变化处，空气介质与岩土体介质发生相应变化，会引起电测深的视电阻率降低或升高。凡供电电极A、B连线以上有土体存在时，由于土体对吸引作用，会引起视电阻率减少;凡供电电极 A、B连线以下存在大气时，由于空气为绝缘体，引起电流的聚集，故会引起视电阻率增大[1]。当地面坡角小于20度时，地形起伏变化对电测深曲线影响较小，此时测线方向可任意选择。若地面坡度大于20度，或者测线方向极距跨越山谷或山脊时，地形起伏变化对电测深曲线影响较大。野外遇到的地形主要包括沟谷、山坡等，对视电阻率的影响各不相同。

1.1 沟谷

1.1.1 沿沟谷走向布极

1)谷底走向布极

图1 沿沟谷走向布极

当沿谷底走向布极时，测量电极、供电电极皆在沟底(见图1a)，在野外电测工作中比较常见。在这种情况下，供电电极A、B连线所构成的平面以上有土体存在，由于土体对供电电流的吸引作用，故测量的视电阻率偏低，有可能将地形干扰误判为含水构造，必须高度重视。沟谷的深度越大，影响越大;沟谷的宽度越小，影响越大;供电小极距越小，影响越大，随着供电极距的增大，这种影响逐渐减少[2]。

2)谷顶走向布极

当沿谷顶走向布极时，测量电极、供电电极沿走向布置皆在谷沿附近(见图1b)，会引起视电阻率增大。电极 A、B、M、N越靠近谷沿，影响越大;越远离谷沿，影响越小。

1.1.2垂直沟谷走向布极

当测量电极、供电电极需要跨越沟谷、陡坎时，布极的方向垂直沟谷的走向。根据电极AMNB的具体位置，分为以下几种情况:

(1)A极在沟顶，M极、N极、B极在谷底。供电电极A、B连线所构成的平面以下有空气存在，由于空气的绝缘作用，引起电流的聚集，会引起视电阻率增大(见图2a)。

(2)当沟谷的宽度比较大，小极距供电时，A、M、N、B垂直沟谷全部布置在沟底(见图2b)，供电电极 A、B连线所构成的平面以上有土体存在，会引起视电阻率降低，有可能将地形干扰误判为含水构造。供电电极 A、B越靠近沟谷的坡脚，影响越大;供电电极A、B越远离沟谷的坡脚，影响越小。

(3)当沟谷宽度不大或打极距供电情况下，供电电极在谷顶，测量电极在谷底，会引起视电阻率增大(见图2c)。

图2 垂直沟谷走向布极

1.2 山坡

1.2.1 沿山坡走向布极

当测量电极、供电电极沿山坡走向布极时，AMNB可布置在坡脚、坡腰、坡顶等不同位置，对视电阻率的影响不同。

1)沿坡脚走向布极

电极AMNB在坡脚附近沿山坡走向布极(见图3a)，由于供电电极A、B连线所构成的平面以上有土体存在，因此会引起视电阻率降低。越靠近坡脚，影响越大，因此在野外布线时，尽可能远离坡脚。

2)沿坡腰走向布极

电极AMNB在坡腰附近沿山坡走向布极，即沿地形等高线布极(见图3b)。以布极方向为界，供电电极 A、B连线所构成的平面，上坡方向为岩土体，吸引电流，引起视电阻率降低;下坡方向为空气，排斥电流，引起视电阻率增大。如电极AMNB恰好位于半山坡处，基本上正负抵消，对电测影响不大;越靠近坡脚布极，视电阻率降低幅度越大;越接近坡顶布极，视电阻率增加幅度越大。因此在野外布线时，尽可能在半山坡处沿等高线布极。

3)沿坡顶走向布极

当沿着坡顶走向布线时，会引起电阻率升高(图3c)。山顶越陡峻，这种影响越大;山顶越浑圆，这种影响越小。

图3 沿山坡走向布极

1.2.2 垂直于山坡走向布极

当测量电极、供电电极跨越山坡时，AMNB在山坡的不同位置，对视电阻率的影响不同。

1)电极AMNB全部布置在山坡上

当电极AMNB全部布置在山坡上(见图4a)，A靠近坡脚，引起电流密度减少，B极在坡顶附近，引起电流密度增加，综合反映可能对电阻率影响不大。

图4 垂直山坡走向布极

2)供电电极布置在两侧坡腰，测量电极布置在坡顶

当供电电极布置在两侧坡腰上，而测量电极布置在坡顶附近(见图4b)，在供电电极 A、B连线所构成的平面以上有土体存在，以下有空气存在，综合反映对电测影响不大。

3)供电电极布置坡脚，测量电极布置在坡顶

在跨越高度不大的山坡时，有时候将测量电极在坡顶，而供电电极在坡脚附近(见图4c)，会引起视电阻率降低，在这种情况下地形影响最大。随着供电极距的增大，这种影响始终无法消除，会严重干扰电测成果造成误判，野外测量时需高度重视。

2 岩层产状对电测深的影响

电测深法找水适用于电性层水平且分布无限情况。岩层产状的走向、倾向、倾角大小对电测试影响很大。

2.1 水平岩层

一般认为若岩层倾角小于20度，分布范围较大的岩层，对电测深试验结果影响不大，可任意方向布极。

2.2 倾斜岩层

当岩层的倾角大于20度时，即为倾斜岩层，倾斜岩层走向、倾向、倾角等产状对电测深影响很大。

1)沿岩层走向布极

当沿走向布极时，由于电测布极走向平行于界面，对电测深的影响最小。如果岩层出露地表，即使岩层的倾角不大，对电测深曲线也有影响;如果岩层不出露地表，当倾角大于20度时，应该使用带倾斜界面的量板来解释电测深曲线。

2)沿岩层倾向布极

当沿岩层倾向布极时，由于电测布极要跨越岩层，对电测深的影响较大。如倾斜岩层的宽度不大，影响相对较小，当供电极距增大时，对电测深的影响逐渐减少。因此在倾斜岩层地区，尽量沿岩层走向布极，不要沿岩层倾向布极。

2.3 垂直岩层

当存在两种不同的介质，且其接触面为垂直的。在界面的一侧进行电测深，电场的分布特征必然会受到界面另一侧介质的影响，由此造成异常[3]。

2.3.1 平行岩层走向布极

1)高阻岩层的影响

设界面两侧介质的电阻率分别为 ρ1、ρ2，ρ1＜ ρ2，测点位于ρ1低阻地层内。野外在低阻地层电测深时，常会遇到高阻岩脉、高阻岩层，即属于这种情况。设D为供电电极到垂直岩层的距离，当AB/2小于 D时，对电测深曲线影响不大，随着AB/2的增大，ρ2介质开始对电测深结果产生影响，由于ρ1＜ρ2，ρ2对电流起排斥作用，引起视电阻率增加;当 AB/2=D时影响最大;当 AB/2远大于 D，ρ2的影响逐渐趋于稳定。

2)低阻岩层的影响

设 ρ1＞ρ2，测点位于 ρ1高阻地层内，而附近存在低阻岩层。随着供电极距的增大，视电阻率的变化规律与高阻岩层的影响规律基本一致，只不过由于 ρ2小于 ρ1，旁侧介质对电流起吸引作用，引起视电阻率降低，有可能将误判为含水构造，必须引起重视。

2.3.2 垂直岩层走向布极

当垂直于垂直岩层的走向布极时，如果供电电极远离垂直岩层，无影响;当供电电极A(或 B)在岩脉两侧的附近时，影响较大，并在AB/2=D处，电测深曲线出现最大畸变点[4]。