综合物探法在某水环境治理工程中的应用

2021-03-26黄杰炯

广西水利水电 2021年1期

黄杰炯

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 概述

某水环境治理工程内湖区由于常年淤积，水体封闭，补给流量不连续，造成工区内水体营养因子浓度偏高，存在造成生态不平衡隐患，需要在工程区内寻找活水补给源。

工程区处于南宁向斜盆地的东南部，在大地构造上位于华南准地台的西南端，盆地北缘发育有区域性断裂心圩—韦村断裂，走向呈北东东向，属正断层。工区内出露地层主要有第四系人工堆积层（Qs）、冲积层（Qal）和第三系古新—始新统d 组（Ed1-2）、底部岩组（E13）等。参照区域地质图和地震动参数区划图等资料，工程区地质构造基本稳定，无较大的区域性断裂通过。工程区位于南宁盆地东南侧，整体地势较高，属邕江高阶阶地，工程区为地下水贫乏区。根据工区地质资料，第三系地下水赋存条件差，主要为裂隙水，勘探工作则是找到赋存于第三系半成岩中的裂隙水。

2 工作方法与技术

高密度电法勘探前提条件是地下介质间的导电性差异。高密度电法是电测深与电剖面方法的结合，其观测点密度高，可同时探测水平和垂直方向上电性变化的一种电法勘探方法。它可以实现电阻率的快速采集并现场进行数据的实时处理，从而改变了电法的传统工作模式，它集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量，提供的数据量大、信息多，并且观测精度高、速度快。

地面核磁共振方法是利用不同物质原子核弛豫性质差异，即利用了水中氢核（质子）的弛豫特性差异，在地面上利用核磁共振找水仪，观测、研究在地层中水质子产生的核磁共振信号的变化规律，进而探测地下水的存在性及赋存特征。

本工程根据场地资料及场地地形条件等，在通过已知水井点地段，首先采用高密度电法探测，明确水井点所属位置及其周围地球物理特征，推测含水层裂隙水补给来源方向。根据抽水试验，确定成井流量。在此已知条件上，再进行核磁共振探测，确定已知条件的弛豫时间以及丰水度，为寻找下一个井点提供基本参考。

根据区域地质资料及前期实地查勘确定了1#取水点位置，1#取水点位置为残丘，地势较高，地面高程约98 m，且位于地下水分水岭附近，地貌属第四系冲积Ⅳ级阶地，1#钻井井深85 m，其中0～0.8 m为粉质粘土，0.8～13.0 m 为含泥砂砾石层，含泥量高，结构紧密，13.0～70.0 m为泥岩、砂岩。该井地下水主要含水层为半固结砂岩、泥岩岩组，钻孔未揭穿该岩组，地下水类型主要为孔隙裂隙水，主要受孔隙水补给，该钻井地下水埋深约19 m。对该孔采用单孔抽水试验，根据抽水试验数据绘制Q-s 曲线图和Q-t、s-t过程曲线图（分别见图1、图2）。

图1 1#井Q-s曲线图

图2 1#井Q-t、s-t过程曲线图

由图2 可知，当抽水流量达15 m3/h 时，其水位降深稳定在40 m，流量稳定，结合Q-s 曲线图（图1），可判定该井地下水水量略大于15 m3/h。

3 综合探测测试成果及分析

根据工区场地及地形地物条件，在工区布置了3条高密度电法测试剖面（编号分别为G1-G1＇、G2-G2＇、G3-G3＇），根据测试成果初步确定2 个较为有利的成井点位，然后以这2 个点位及正在打的钻井为中心进行了核磁共振法测试，进一步确定推荐成井点位。在外业工作中，还布置了一条大地电磁测深剖面，由于测试受到干扰，未对剖面开展解译工作，仅供参考。各剖面及测点位置见图3。

图3 各剖面及测点位置图

3.1 高密度电法G1-G1＇剖面分析

图4 G1-G1＇剖面视电阻率等值线图

G1-G1＇剖面长420 m，10 m极距，地形起伏较大，具体位置见图3。分析视电阻率等值线图（见图4），在打1#钻井离剖面垂直距离约15 m，垂直投影约在剖面上285 m处。该井孔径600 mm，所埋滤沙管管径377 mm，井深90 m；其中覆盖层约13 m，下伏基岩为泥岩，约70 m 到砂质泥岩，据抽水试验出水量约15 t/h。从285 m处浅部相对高阻、深部相对低阻的视电阻率特征基本反映该钻井的电性特征；等值线图上有一条低阻带，从地表的剖面80～100 m 处往剖面大号方向深部延伸，结合G2-G2＇剖面的视电阻率等值线图分析，有一条断层经过G1-G1＇剖面（即该低阻带的位置），低阻带中间还有相对高阻隔断，推测低阻带中高阻体是泥岩裂隙发育较弱的反映，结合高程因素分析可能成井点在170 m 处（可能成井点1）。

为了查明在该剖面170 m 处的含水情况，以该位置为中心，布置了100 m×100 m 方型线圈进行核磁共振测试，测试成果见图5。分析G1-G1＇剖面170 m处的含水直方图（图5），0～5 m的含水层是地表水，受地表补给影响较大，不适合作为水井水源补给；5～58 m 含水量较低，几乎没有一次反映；在58～76 m和76～100 m的含水层由于纵向弛豫时间T1 值相对较大，说明这两层水流动性较好，且含水量相对百分比也较大，推测出水量较多。建议此处推荐为成井点（可能成井点1），井深100 m。

3.2 高密度电法G2-G2＇剖面分析

G2-G2＇剖面长590 m，10 m 极距，地形较平坦，具体位置见图3。分析视电阻率等值线图（见图6），等值线图上有一条低阻带，从地表的剖面160～210 m 处往剖面大号方向深部延伸，结合G1-G1＇剖面的视电阻率等值线图分析，有一条断层经过G2-G2＇剖面（即该低阻带的位置），综合分析可能成井点在220 m处（可能成井点2）。

图5 G1-G1＇剖面170 m处含水直方图

图6 G2-G2＇剖面视电阻率等值线图

为了查明在该剖面220 m 处的含水情况，以该位置为中心，布置了100 m×100 m 方型线圈进行核磁共振测试，其测试成果见图7，分析G2-G2＇剖面220 m处的含水直方图（图7），0～5 m的含水层是地表水，受地表补给影响较大不适合作为水井水源补给；5～58 m 这一层几乎没有含水；在58～76 m 和76～100 m 的含水层由于纵向弛豫时间T1 值相对较大，这两层水流动性较好，且含水量相对百分比也较大，推测出水量较多。建议此处推荐为成井点（可能成井点2），井深为100 m。

3.3 高密度电法G3-G3＇剖面分析

图7 G2-G2＇剖面220 m处含水直方图

G3-G3＇剖面长590 m，10 m极距，地形略有起伏，具体位置见图3。分析视电阻率等值线图（图8），剔除地表的干扰因素后G3-G3＇剖面的电性特征显示基本都是泥岩的反映，没有发现断层经过，没有明显适合成井的条件，因此不建议在该剖面打井。

图8 G3-G3＇剖面视电阻率等值线图

3.4 特征比较

为了进一步对比2 个推荐成井点的含水情况，我们对1#钻井采取同样参数进行核磁共振测试，其测试成果见图9。分析该钻井含水直方图（图9），0～5 m 的含水层同样是地表水；在44～58 m 有含水的特征，但其纵向弛豫时间T1 值相对较小，跟钻探工人了解情况后推测是承压水的反映；在58～76 m和76～100 m的含水层由于纵向弛豫时间T1值相对较大，这两层水流动性较好，且含水量相对百分比也较大，推测出水量较多。抽水试验出水量约15 t/h。

对比2 个推荐成井点与已打1#钻井的含水直方图，可能成井点2比已打1#钻井的含水层纵向弛豫时间T1 值相对更大，含水层的水流动性更好，含水量相对百分比相当；可能成井点1比已打1#钻井的含水层纵向弛豫时间T1值相对较小，含水层的水流动性较弱，含水量相对百分比相当；比较结果是可能成井点2优于可能成井点1。

图9 1#钻井含水直方图

综合上述分析，推荐打井井位是G2-G2＇剖面220 m 处（推荐成井点），建议井深100 m，出水量与1#钻井相当，约为15 t/h。

3.5 抽水试验

根据物探勘察结果，选定推荐成井点作为2#井水源补给点。2#井水源点地貌属第四系冲积Ⅳ级阶地，位于山坡坡脚，地面高程约92 m，钻井井深110 m，其中0～1.5 m 为粉质粘土，1.5～5.0 m 为含泥砂砾石层，含泥量高，结构紧密，5.0～73.0 m为砾岩、泥岩，73.0～110.0 m 以砂岩为主。该井地下水主要含水层为半固结砂岩、泥岩岩组，钻孔未揭穿该岩组，地下水类型主要为孔隙裂隙水，主要受孔隙水补给，该钻井地下水埋深约9 m。

对该钻井进行抽水试验（2#井进行抽水试验时，1#井持续不间断抽水，并定时量测水位），本次抽水试验处于地下水丰水期内，抽水试验采用单孔抽水试验法，根据抽水试验数据绘制Q-s 曲线图和Q-t、s-t过程曲线图（分别见图10、图11）。

图10 2#井Q-s曲线图

由图11可知，当抽水流量达16 m3/h时，其水位降深稳定在22 m，流量稳定，结合Q-s 曲线图（见图10），可判定该井地下水水量可达到16 m3/h。

图11 2#井Q-t、s-t过程曲线图

2#井进行抽水试验时，1#井不间断抽水，根据期间观察数据，1#井水位、水量稳定，没有明显下降、减少。同时1#为砂岩裂隙水，埋深较深，2#井为深层构造水，出水位置高程比较低，受地表径流补给和大气降水、季节性变化的影响较小，据此可判定常年抽水时1#、2#井的流量分别达到15、16 m3/h是有保障的，且两口井之间基本不相互影响。