充电法在贵阳市站街太平村岩溶管道地下河路径勘探中的应用

陈开银 熊英举

关键词：充电法;岩溶管道;地下河

1勘探区概况

勘探区位于贵阳市站街太平村，基岩以灰岩为主，岩溶管道较为发育。根据勘探区地形地貌形态、特征、组合类型等，区内地貌大致可划分为溶蚀地貌、溶蚀一侵蚀地貌两种形态。

溶蚀地貌：区内的主要地貌类型，形态复杂多样。组合形态有溶蚀盆地、峰丛洼地、峰丛槽谷、峰丛谷地、溶丘谷地及残丘坡地等，个体形态有孤峰、漏斗、石林、落水洞等。

溶蚀一侵蚀地貌：主要在碳酸盐岩和碎屑岩互层类地层分布区，除溶蚀作用外，侵蚀作用亦具有重要作用。

鉴于勘探区岩溶较为发育，且有地下河出口QZSl59、地下河天窗QZK21、落水洞QZK20及QZK23等露头，故采用充电法进行测量，能更准确反映出岩溶体的空间展布情况。太平村地下河出口Qzsl59为鸡场铺一带农田灌溉水源，目前遭受污染;该点东部500m处的地下河天窗QZK21（原太平村饮用水源地）水体浑浊，也受到了污染。地下河补给区内发育落水洞QZK20及QzK23，进入落水洞的地表水被站街镇生活垃圾污染，但其排泄去向不明，推测可能会与Qzs159存在水力联系。

为了查明太平村地下河上游污染物主要污染途径，为地下河污染治理提供详细基础资料，本次物探测量采用充电法对太平村地下河的主径流带以及污染物运移途径进行查明，共布设5条测线，点距10m，测线长共3.3km，本次物探测量分别以地下河入口QZK20（1号入口）、QZK23（2号入口）、QZK21（地下河天窗露头）及地下河出口QZSl59为充电A极，其测线布置如图1所示。

2方法概况

充电法是对地面上、坑道内或钻孔中已经揭露的良导体直接充电，以解决某些地质问题的一种电法勘探方法，当对具有天然或人工露头的良导地质体进行充电时，若良导地质体的电阻率远小于围岩电阻率时（<200倍），我们便可近似地把它看做理想导体。当理想导体位于一般导电介质中时，向其上任意一点供电（或称“充电”）后，电流便遍及整个理想导体，然后垂直于导体表面流向周围介质。电流在理想导体内流过时，不产生电位降，导体内电位处处相等，故又称理想导体为等电位体。理想导体的充电电场与充电点的位置无关，只决定于充电电流的大小，充电导体的形状、产状、大小、位置及周围介质的电性分布情况。

充电法主要有电位法、电位梯度法和直接追索等位线法三种观测方式。电位法是将一个测量电极N固定在远离测区的边缘，作为电位零值点;另一测量电极M则沿测线逐点移动，观测其相对于N极的电位差，作为M极所在测点的电位值u;同时观测供电（即充电）电流I;计算归一化电位值u/I。电位梯度法（简称梯度法）是使测量电极M和N保持一定距离（通常为1～2个测点距）沿测线一起移动，逐点进行电位差AU和供电电流I的观测，计算归一化电位梯度值AU/（MN·I）。记录点为MN的中点。由于电位梯度值有正、负之分，故观测时要注意待测电位差AU的符号变化。追索等位线法是利用测量电极M、N及联在其间的10～20m导线和检流计组成的追索线路，在测区内直接追索充电电场的等电位线。前两种观测方式是目前野外生产常采用的主要方式，特别是梯度法的装置轻便，梯度曲线分辨力较强，故在充电法中最常用。直接追索等位线法生产效率较低，又仅能获得等电位线资料，故一般很少用于面积性测量，只在用充电法确定地下水流向和流速时应用。

本次充电法测量采用的工作方法为电位梯度法，目的是追索太平村地下河径流带，分别以地下河入口QZK20（1号入口）、QZK23（2号入口）、QZK21（地下河天窗露头）及地下河出口QZSl59为充电A极充电，观测点距10m，总观测点数329个。观测仪器为WGMD-9超级高密度电法仪，记录电位差AU和供电电流I，计算归一化电位梯度值AU/（MN·I），绘制各测线的电位梯度曲线图。

3成果分析

本次物探测量共布设5条测线，分别以地下河入口QZK20（1号入口）、QZK23（2号入口）及地下河出口QZK21（地下河露头）、QZSl59为充电A极得到电位梯度曲线，其电位梯度曲线如下图所示：

物探1线长度600m，点距10m，该测线以地下河入口QZK20与地下河天窗露头QZK21为充电目标体，以判断其连通性。

工作中分别以QZK20为充电A极及QZK21为充电A极得到两条充电电位梯度成果图。由图2可知，1号入口A极与1号入口B极电位梯度曲线形态基本相近，1号入口A极电位梯度曲线在300～550区间有多个零值点，而1号入口B极电位梯度曲线只有一个较为明显的零值点出现，分析是由于以1号入口供电时由于该测线距入口较近，河水在1号入口进入地下后向周边岩石多个方向渗流，造成多个零值点的出现，而以地下河天窗露头QZK21为充电A极时，其与1号入口只有一个连通管道，所以只有一个较为明显的零值点出现，综合分析认为该充电目标体是连通的，在测线455m（Y1—1）位置零值点为地下河入口QZK20（1号入口）与地下河天窗露头QZK21连通管道平面位置。

物探2线长度700m，点距10m，共计71个测点，该测线以地下河入口QZK20（1号入口）与地下河天窗露头QZK21为充电目标体，以判断其连通性。

为了判断其连通性，工作中分别以QZK20为充电A极及QZK21为充电A极得到两条充电电位梯度成果图。由图3可知，1号入口A极与1号入口B极电位梯度曲线形态基本相近，由于供电方向相反，其幅值正负号相反，综合分析认为该充电目标体是连通的，在测线490m（Y2—1）位置零值点为地下河入口QZK20（1号入口）与地下河天窗露头QZK21连通管道平面位置。

物探3线长度700m，点距10m，该测线以地下河人口QZK23与地下河出口QZSl59为充电目标体，以判断其连通性。

工作中分别以QZK23为充电A极及QZSl59为充电A极得到两条充电电位梯度成果图。由图4可知，2号入口A极与2号入口B极电位梯度曲线形态基本相近，由于供电方向相反，其幅值正负号相反，在测线385m（Y3—1）位置有一明显零值点，综合分析认为该充电目标体是连通的，测线385m位置为地下河入口QZK23（2号入口）与地下河出口QZSl59连通管道平面位置。

物探4线长度600m，点距10m，该测线以地下河入口QZK23（2号入口）与地下河出口QZSl59为充电目标体，以判断其连通性。

为了判断其连通性，工作中分别以QZK23为充电A极及QZSl59为充电A极得到两条充电电位梯度成果图。由图5可知，2号入口A极与2号入口B极电位梯度曲线形态基本相近，由于供电方向相反，其幅值正负号相反，在测线170m位置有一明显零值点，综合分析认为该充电目标体是连通的，在测线170m（Y4-1）位置零值点為地下河入口QZK23（2号入口）与地下河出口QZSl59连通管道平面位置。

物探5线长度700m，该测线以地下河入口QZK23（2号入口）与地下河出口QZSl59为充电目标体，以判断其连通性。

为了判断其连通性，工作中分别以QZK23为充电A极及QZSl59为充电A极得到两条充电电位梯度成果图。由图6可知，2号入口A极与2号入口B极电位梯度曲线形态基本相近，由于供电方向相反，其幅值正负号相反，在测线322m位置有一明显零值点，综合分析认为该充电目标体是连通的，在测线322m（Y5-1）位置零值点为地下河入口QZK23（2号入口）与地下河出口QZSl59连通管道平面位置。

4结论与建议

由以上各线电位梯度曲线分析结果可知地下河入口QZK20（1号入口）、QZK23（2号入口）、QZK21（地下河天窗露头）及地下河出口QZSl59均是相互连通的，且基本判断出了太平村小寨地区地下河发育路径（参见图1），其结果与试踪试验结果相吻合，由此表明，在有地下水露头区域运用充电法电位梯度测量以确定地下河管道位置上具有较好的应用效果。

在实际工作中，为了取得更好的测量效果，可设置较小的测点间距，选取合适的AB/2极距，选择较大的充电电流。需要注意的是，当采用较小测点距时，测量深度较浅，要结合工作实际情况给以综合考虑。在条件允许时可适当增加其他工作方法综合判断，提高物探测量结果的准确率。