高密度电法勘探在岩溶地区地下水勘查中的应用

2016-08-09李杰

大科技 2016年12期

关键词：电法勘探激电电法

李杰

（安化湘资水利水电建筑工程有限责任公司湖南安化 413500）

高密度电法勘探在岩溶地区地下水勘查中的应用

李杰

（安化湘资水利水电建筑工程有限责任公司湖南安化 413500）

高密度电法勘探具有点距小、数据采集密度较大的特征，并且还能够发挥电测深法与剖面法的效果，可直接反映出基岩起伏实际情况，同时还能够充分了解与围岩存在电性差异的断裂构造状况，将其运用于地下水勘查作业，也能够获得良好的效果。此背景下，本文首先分析了高密度电法作业原理级设备组成，之后对其在岩溶地区地下水勘查中的具体应用进行了详细的阐述，以供参考。

岩溶地区；高密度电法勘探；地下水勘查

1 引言

近年来，随着科技的迅速发展，我国高密度电法勘探在工程勘察中的应用日益广泛，尤其是水文、岩溶等领域中的应用，能够获得显著的、良好的效果，在很大程度上已经超出了理论预期。高密度电法勘探是一种综合物理勘探方法，能够较好的推断出地质构造、地下水源及矿产资源的分布情况，从而为勘查作业的顺利进行与良好效果的获得奠定坚实的基础。

2 高密度电法作业原理及设备组成分析

2.1 高密度电法的工作原理

对于高密度电法的基本工作原理，几乎与常规的电阻率法相同，其主要是一种以岩土体的电性差异为前提的电探方式，依据在施加电场作用下地层传导电流分布规律，可推断出地下具备不同电阻率的地质体的实际赋存情况。高密度电阻率法的原理即为地下介质导电性之间的差异，相比于常规的电阻率法，其主要是通过A、B电极向地下供电流I，之后在M、N极间测量电位差△V，通过此种方式来获得该点（M、N之间）的视电阻率值（图1）。此外，完成上述操作之后，再依据实际测得的视电阻率剖面进行详细的分析与相关计算，就能够获得地层中的电阻率实际分布情况，之后就可以此为基础，做好地层划分与异常地层的确定工作。

2.2 高密度电法的设备组成

高密度电法数据采集系统主要由主机、多路电极转换器与电极系统这三部分构成，其中，多路电极转换器能够通过电缆对电力系统中各个电极的供电与测量状态进行一定的控制；主机主要是通过通讯电缆、供电电缆将工作指令发送至多路电极转换器中，然后再向电极供电，并且进行测量数据的接收与存贮。

图1 高密度电阻率法工作原理示意图

通常情况下，数字采集结果能够自动存入主机中，主机只需要采用通讯软件将原始数据传输至计算机，之后再通过计算机将数据转换为处理软件要求的数据格式即可。对于经过相应处理之后的模块，对其进行畸变点剔除、地形校正等预处理之后，可制作成视电阻率等值线图。此外，依据视电阻率的变化特征，并对钻探与地质调查资料进行有效的结合，可在等值线图上进行合理的地质解释，并且还可绘制相应的物探成果解释图。近年来，国内外生产的高密度电法观测系统日益增多，其主要由多动能数字激电仪、多路电极转换器、高级电法处理软件等共同构成，具体如图2所示。

3 岩溶地区地下水勘查中高密度电法勘探的具体应用

在某岩溶地区地下水勘查作业中，共设置了2条测线，控制剖面线总长度为1200m，主要采用偶极-偶极进行装置，且每一条线每一次布设60根电极，点距达10m，最大、最小极距系数为20、1，勘查深度要求超过150m，勘查范围也需确保处于高密度电法勘探范围内。

图2 高密度电法系统示意图

3.1 典型反演断面图分析（如图3）

图3 岩溶地区8号线的视电阻率反演断面图

通过图3可知，在视电阻率断面图中间300m位置处，以及深度超过60m范围内，存在较为明显的低电性地质引发的低阻异常现象。通过分析电法有关资料可以发现，此处异常现象主要是由于灰岩溶蚀的存在而构成的断裂间隙溶洞，相对于低阻异常与发育情况，此类溶洞断裂间隙主要是由某种低阻填充物质填充而成的，具体如图4所示，该图为6号线的视电阻率反演断面图。

图4 6线高密度偶极装置视电阻率反演图

图4中与8号线的相同位置处，也存在很明显的由低电性地质形成的低阻异常特征，且这两组低阻异常形态基本相同。通过查阅有关电法综合资料发现，此处异常现象主要是因为灰岩溶蚀的存在而构成的断裂间隙溶洞，基于岩溶裂隙较低阻异常及发育情况可以发现，其主要是由某种低阻填充物质充填而形成的。

3.2 激电资料

通过高密度电法资料可知，在测量区域中部300m及深度60m位置处，存在于该区域地下水流方向基本相同的一处低阻异常体。通过电法资料可以推测出，此类异常体是岩溶裂隙管道，且其裂隙主要被某种低阻物质充填。此情况下，为了有效降低地下水开采作业中可能发生的风险，应当采用直流激电测深法确定裂隙内充填的低阻物质，并以此来推断是否含有地下水。

表1为6号线300m位置处的直流激电参数，通过表1可知，该测区激电参数极化率、激电综合参数、半衰时以及衰减度均处于AB/2，也就是120～160m范围内，并且都存在较为显著的相对高值异常情况。其中，视极化率、综合激电参数、半衰时及衰减度分别达1.25、1.57、1.68及0.44。由此可知，在测区300m及60m深度以下的岩溶裂隙中存在的充填低阻物质可能为地下水。

此外，通过结合高密度电法有关资料可以发现，改测区低阻异常体发育方向可能为北东向，与水文地质条件相同。所以，只需要通过低阻异常体的激电效应，就能够较高的、准确的反映出有水存在的可能性。通过上述分析可以推断出，该测区地下水探采井为6号线的300m点位置处。

表1 6号线300m点直流激参数

3.3 钻探验证

通过分析、布井、施工，钻孔结构自上而下依次为：

（1）0～5m位置处为第四系残与坡积层，通过分析其成井情况可推断出该段为红粘土。

（2）5.0～58.0m位置处主要表现为三叠系下统茅草铺组，对于该段岩性，主要表现为灰色与深灰色；通过分析其厚度可知，主要为岩中厚、厚层微晶灰岩包裹深灰色、灰黑色泥质的灰岩或泥岩，并且还存在少量的方解石脉。

（3）对于58.0～113.5m段，主要表现为三叠系下统茅草铺组，其岩性为灰色、深灰色，厚度表现为中至厚层的微晶灰岩或白云质灰岩，属于裂隙形态发育。同时，在该段裂隙中，还存在少量的黄色粘土充填。在67.0～67.50m范围内，还存在流量为1.20L/s的地下水；在70.0～85.0mm范围内，地下水流量逐渐增大到8.50L/s，是该孔的主要含水区段。

（4）113.5～151.0m段主要表现为三叠系下统茅草铺组深灰色中至厚层白云质灰岩，并且还存在少量的方解石脉充填。

通过详细分析该区域钻探施工实际情况可以发现，如果在该预测区域内打出一眼涌水量为800m3/d的优质水井，可使得当地人、蓄饮水及灌溉问题得到有效的解决。