电阻率对称四极法在找水打井中的应用

罗发科

摘要：本文以贵安新区高峰镇王家院村庄上组找水打井工程为例，介绍电阻率对称四极法工作原理、方法技术，在场地条件不利于布设无穷远极导致联合剖面法无法运用情况下，结合地形地物、水文地质条件，因地制宜地开展电阻率对称四极剖面法和对称四极测深法选定最佳井位和钻进深度，成功解决了近500人的饮水安全问题和在干旱年份水源水量不足的问题，满足了当地群众生活及经济发展需要。

关键词：地下水；找水打井；物探；对称四极法

1.地质及地球物理特征

1.1地质特征

区域上处于贵阳复杂构造变形区，测区西侧发育一条北东走向平推断層，断层面向西倾斜，地层断距大，倾角约35°～50°；南东侧发育一条近东西向的断层。测区覆盖层为第四系（Q）粘土；下伏地层为三叠系青岩组（T2q），岩性为灰色薄至中厚层泥晶灰岩、生物碎屑灰岩夹砾屑灰岩及少量灰黄色钙质粘土岩，地下水赋存运移于地下构造裂隙、层间裂隙和溶蚀裂隙及小的溶洞中，但溶蚀裂隙规模较小，透水性中等，部分呈弱透水性，均匀性较差，属中等富水性含水岩组，地下水类型为岩溶孔隙—裂隙水。

1.2地球物理特征

第四系粘土层电阻率50Ω·m～200Ω·m之间，钙质粘土岩100Ω·m～300Ω·m之间，破碎含水灰岩电阻率在300Ω·m～1000Ω·m之间，完整灰岩电阻率一般在1000Ω·m以上，破碎含水灰岩电阻率与第四系粘土层电阻率、钙质粘土岩电阻率、完整灰岩电阻率存在明显的差异，具备开展电阻率法找水的物性前提。

2.电阻率对称四极法工作原理

不同地层或同一地层由于成分或结构等因素的不同，而具有不同的电阻率，通过接地电极将直流电供入地下，建立稳定的人工电场在地表观测某点在水平或垂直方向的电阻率变化，从而了解地层岩（土）体电阻率的分布特性。装置示意图如图1所示，沿物探测线布设A、M、N、B四个电极，AB为供电电极，MN为测量电极，当AB供电时用仪器测出地下半空间的供电电流I和MN间的电位差ΔV，用公示（1）计算出MN间地层的视电阻率：

ρs=KΔV/I（1）

其中，ρs为岩层的视电阻率（Ω·m）；ΔV为测量电极间的电位差（mV）；I为供电回路的电流强度（mA）；K为装置系数，与供电和测量电极间距有关，按式（2）计算：

K=πAM·AN/MN（2）

对称四极法有对称四极剖面法和对称四极测深法。剖面法测量时，MN间距一般为一个测点距，AM=NB=（1～n）MN，n根据勘探深度和场地条件确定，A、M、N、B同时向一个方向移动逐点观测计算MN中点的视电阻率。测深时，将M、N极固定在测深点两侧，向测深点两侧移动A、B极（AM=NB），观测计算多个AB/2极距下的视电阻率，达到测深目的。

3.工作方法及参数选择

测区西侧由南往北流经一条宽约10m的河流，北侧有株—六铁路复线穿过，东侧有在建的贵昆高铁和民房，造成联合剖面法施展受限而采用对称四极法，在水文地质调查基础上，布设了3条方位35°的物探测线，测线间距100m，测点距10m。先在3条测线上开展对称四极剖面法工作，绘制ρS平面剖面图，判定岩土体含水性及地下水主径流通道。然后在地下水相对富集的剖面上开展对称四极测深工作，了解岩土体由浅及深的电性结构分布情况，划分岩土体的含水性及埋深，为钻井设计施工提供物探依据。

观测仪器采用重庆地质仪器厂研制的DZD-6多功能直流电法仪。剖面测量工作参数：AB=210m，MN=10m，观测点距10m。测深测量工作参数：AB/2距1.5m、2.5m、4m、6m、9m、15m、25m、40m、65m、100m、150m、220m、340m，MN/2距0.5m、1.5m、3m、6m，测深点距10m。

4.异常特征

从对称四极ρS平面剖面图（见图2）上看，1号线44.5点、50.5～51.5段、60.5～63.5/1段，2号线50.5～53.5段，3号线50.5～51.5段，300Ω·m≤ρS≤1000Ω·m，显示这些地（点）段岩体溶蚀裂隙较发育或较为破碎，含水性较好；其余地段ρS在1000Ω·m以上，表明岩体完整，含水性差。推测51.5/1点、51.5/2点、53.5/2点、51.5/3点连线一带地下水较富集，为测区地下水的主径流通道。

从1号线对称四极测深ρS拟断面图上看，在49.5～53.5段300Ω·m～1000Ω·m各条ρS等值线表现为明显的“V”字形特征，谷底位于51.5点，推测51.5点从浅部（AB/2为4m）到深部（AB/2为340m）岩体溶蚀裂隙较发育（或破碎），发育深度大于150m，显示深部地下水较富集，是测区内的最佳钻井取水点。

5.钻井验证效果分析

钻探工程查明：该井在孔深7.5m～11.0m处裂隙发育，初见地下水。在26.0m～29.0m、50.0m～53.0m、76.5m～79.5m段均发育有裂隙，均见水量变大，均为该井的主要出水段。孔深7.5m测得瞬时流量为0.331L/S；孔深11.0m测得瞬时流量为0.546L/S；孔深26.0m测得瞬时流量为0.644L/S；孔深29.0m测得瞬时流量为0.812L/S；孔深50.0m测得瞬时流量为0.926L/S；孔深53.0m测得瞬时流量为1.094L/S；孔深76.5m测得瞬时流量为1.296L/S；孔深79.5m测得瞬时流量为1.638L/S。根据生化指标分析，水质指标分类为良好（Ⅱ类），适用于各种用途。

6.结语

（1）直流电阻率法是碳酸盐地区常用的物探找水方法，普遍采用的装置为联合剖面+测深，当无穷远极布设受阻无法施展联合剖面观测时，可根据测区水文地质条件和地形地物情况布设对称四极剖面开展面上观测，结合对称四极测深资料确定最佳钻井位。

（2）该机井工程实施的建成，每日可为区内提供100m3/d以上良好的地下水资源，彻底解决了高峰镇王家院村庄上组一带人畜安全饮水问题，同时剩余水资源量可兼顾农田灌溉，将对地方经济和区域经济的持续发展起到积极的促进作用。

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