基于电法勘探的矿区污染地水文地质勘察方法研究

黄 锦

（江西有色地质矿产勘查开发院，江西 南昌 330000）

水文地质勘查技术无论是在基础工程设计、建筑物持力层研究、矿井挖掘地质预防等方面都具有非常重要的意义。水文勘测工作会直接关系整个工程规划建设的科学性，也是整个项目稳定和安全的基础保证。为了能够有效的保证地下水环境评估和水文勘测效果，我们对其具体的服务功能进行了研究，同时还对与之相关的方法进行了介绍。

1 电法勘探的概述

1.1 电法勘探的含义

电法勘探，指的是根据地壳中不同矿体、岩层的电磁学特性和电化学传感器特性二者之间的不同，利用对自然电场、人工电场、电化学场、电磁场的时序特征及其空间分布变化规律等的调查、考察，寻找各种形式的有用矿藏资源，并加以地质结构查明、地质问题处理等的地球物理勘查方式。

1.2 电法勘探的理论基础

地壳是由各种的岩层、矿体及其不同地质物理构造而形成，它有着不同的传导性、导磁性、介电性和电物理化学等特征。而通过利用上述特征，包括空间分布规律和时序特征，我们就能够推测矿体及其地质物理构造的赋存情况(形式、尺寸、方位、产状和埋设深浅)及其天然物性基本参数等，以便于实现探测的目的[1]。电法勘探具备使用物性参数多，场源、设备型式多，探测内容及检测要求多及使用广泛等优点。电法勘探使用岩土、矿石等的物理性质参数，一般有电阻率温度系数(ρ)、磁导率(μ)、极化特征(人工体极化率η和面极化系数λ、天然极化的电位跃变Δε)和介电常数(ε)。

1.3 勘探方法

电法探测的方法根据不同的方法加以分类，主要可划分如下几种类型，①按探测空间可划分为大地电法、航空电法、地下水电法等；②按形成特殊电磁场分析的因素，可划分为感应类电法、传递类电法；③按场源探测的方式，按场源特点可划分个人工场法(主动源法)、自然场法(被动源法)；④按检测信息内容可划分综合场法、纯异常场法；⑤按电磁场运动的时限特点可划分时间域电法(直流电法)、频率域电法(交流电法)、脉动瞬时变化场法(过渡过程法)等。目前在中国比较普遍的探测技术包括，电磁感应法、自然电场法、充电法、大地电磁测深技术等[2]。

2 矿区污染地水文地质勘查中存在的问题

2.1 矿区污染地地下水环境的滞后性

因为地下水条件的隐蔽性，所以对其进行勘探与研究必须经过较长的时期才能得到确切的结果，也可能出现污染源消除，但是地下水环境污染仍没有发现的情况，造成了对其勘察工作的滞后性[3]。同时，对地下水污染状况的处理与整治，也需较长的时期。

2.2 矿区污染地下水环境的隐蔽性

就中国现阶段经济而言，制造业的极速成长导致很多公司一味注重企业效益，没有对自然环保的认识与行动，大量工业垃圾、工业废弃物和工业生产废料的集中焚烧处理的行为，使得地下水环境受到了很大的破坏；另外，在农业领域，杀虫剂的持续渗透也对地下水资源产生了破坏。因为地下水所在的部位是地下水相对较深的，隐藏很高，就算地下水受到了环境污染，勘探工作人员也不易发现，即使发觉了也无法确切掌握其环境污染的情况，需要借助地下水深度施工才能掌握有关资料[4]。而地下水深度作业不但施工难度大，同时所配套的勘探仪器要求高，这又增加了勘探的时间、物质投入。

2.3 地下水环境影响评价工作专业性强

地下水环境的重要性不言而喻，但正是因为它所处在的独特地点，才导致了勘探工作难度的提高，这也就导致了对勘探工作人员专业性需求的增加。对勘察的技术人员来说，必须达到一定的学术能力，同时职业素养也需要满足一定的要求，知识的造作能力需要过硬。

3 研究区域概况

在进行地下水资源监测和实地调查之后，有关部门需要对地下水的开发情况做出研究，并对相关的数据做出整理。通过调查数据的收集，对地下水的分布、地层倾斜和沉降及环境变迁的问题进行数据解释，对监测区内地下水条件进行比较合理的评估，并对有关问题的处理方法作出解释，以达到地下水资源管理环境保护目标的进一步提高。在本文的研究中，研究矿区的整体概况为一条宽300m、长600m的剪切应力破碎区域密集裂隙带矿区，在该区域之内，裂隙规模较大的情况是很少出现的，但是，序次较低且规模较小的次级构造裂隙都是十分发育的，岩石的蚀变反应整体表现的是较弱的，而矿化作用是十分强烈的，面状钾化现象的出现是一种主要的现象。再加上地下水补给、排水等，都会受到多种自然条件的限制和影响，因此，在不同的矿区，由于其地质条件的不同，其地下水类型也就会表现出明显的差异，而在实际进行该矿区污染地影响水文地质勘察的过程中，需要及时关注到水文地质调查、渗水试验、水的理化性质研究、整理和审阅水文地质材料、抽水试验、地下水环境的监测以及水理化性质分析与水文地质的勘察评价等多个勘察方式的有效利用，这样才能够保证勘察结果的准确性。而在本研究区域之中，想要勘察场地污染的实际情况，就需要该区域的污染程度，进行有效的评估与分析，并将污染系数与评估分析结果进行及时的结合，这样才能够保证污染治理方案的确定与相应措施的落实。

4 矿区污染地影响水文地质勘察的方法

4.1 水文地质调查

水文勘查，也叫“水文地质勘测”。是指为了查清某个区域的水文状况，而开展的水文地质勘测工作项目。用以了解地下水与地表水的起源、位置，以及活动规律。为科学地合理开发与利用水资源，并及时开展基础建设、打桩等项目的工程设计与实施，提供了重要依据[5]。一般分为：地下水和磨碎水文地质勘测两个领域。地下水的勘测重点在于，查明了解地下水在全年各个阶段内的水位变化规律、运动方式、化学成分和现象，查清地下水的埋藏情况及其侵蚀力，评价地下水对基础建设实施与利用过程中所引起的影响和危害程度，并提供合理预防意见。

在水文地质勘查项目中，不仅仅是把握好测量准确度，最关键的是要选取合理的探测方式。从观察路径的选取来说，通常应选择沟谷、河谷或低洼地区的观察路径线；选定好监测路线后，要合理布局观察点，在布置观测点时，上下游均须设有取样点；同时，还须设有水位监控点，以利于对地下水位有更准确的监测，在通常情况下，水位监控点一般采取十字相交的方法加以布设。

4.2 渗水试验

渗水实验时，必须按照项目的平面图，提前布置好实验的地点。一般情况下，包括煤矿生产区的绞车房、工厂的油罐室等可能有污染地下水的厂区和车间，都是渗水试验点位的绝佳选点。除了要选取合适的实验点以外，在具体的实验过程中，还应按照有关规定，采用水环渗透实验法等常规测试方法进行实验作业。但值得注意的是，无论实验点的选定，还是在实际进行实地的实验过程中，都绝不能单纯依靠经验开展实验工作，依常规作业才是保证渗水测试结果正确的唯一原则[6]。在开展渗水实验的过程中，大致上可采取这样三种方法：

（1）试坑法：即在表层的干砼上，凿一相当深(30-50cm)的长方形或零点五圆形试坑，坑底应距潜水位3到5m公尺，坑内垫上2到3cm厚的反滤粗砂，往试坑中灌水，同时必须保证试坑内的水位始终高于坑内的十公分。为方便观察坑内温度，在坑底还应安装一个标尺。求出在单位时间内向基坑下渗入的流水量Q，再乘以在基坑内的建筑面积F，即可得到平均下渗透速率V=Q/F。而在通过基坑的水柱长度较小(小于10cm)时，即可发现水头梯度近于一，因而K(渗透系数)=v。这种办法较适合于对测定毛细压力影响不大的砂类土壤，如用在高黏性土壤中，则所测出的渗透系数偏高。

（2）双环法：是在基坑内嵌入二个铁环，再加上一个电流内环，构成同心协力环，外环直径可取0.5m，内环直径可取0.25m。在实验时向铁环内灌水，用马利奥特瓶控制外环与内环的水柱高度都保持在同一个标高上，(例如10cm)。根据所内环取得的资料，按以上办法确定了疏松层、岩石中的渗透系数值。因为电流内环中的水流只产生在垂直方向的渗透性，从而消除了侧向线性渗流带来的偏差，所以，比试坑法和单环法准确度最高。因为内部环间所渗到的水流，一般是由侧向散流和毛细管吸引，而电流内环中则是由松散层和岩石产生在垂直方向上的实际渗透。

当渗透性测量进行至渗入量趋于稳定之后，便可根据以下公式精确测量的渗透性系数(充分考虑了毛细压力的增加因素)：

K(渗透系数 )= QL/ F(H+Z+L)。

公式中：

Q-稳定的渗入量为(立方厘米/分)；

F-试坑内环的渗水体积为(平方厘米)；

Z-试坑内环中的水层数为(厘米)；

H-毛细管压力(一般等于岩土毛细上升高度的一半)(厘米)；

L-试验完成后水的实际浸入深度(试验后开挖确定)(厘米)。

（3）单环法：是在基坑内嵌入一条高20cm，口径为35.75cm的铁环，该铁环所圈定的土壤体积为1000cm2。将铁环压入坑底约10cm深度，环壁与土壤要紧密对接，铁环内垫2cm～3cm深的反滤粗沙。当试验进行时，用马利奥特瓶调节环内水柱，并保持在10cm高程上。当试验一直进行到渗透水量Q恒定或不变为止时，也可按下式估算渗透速率：v=Q/F，所得到的渗透速率即是对该松散层、岩体的渗透系数值。

4.3 水的理化性质研究

除了上面所说的几种水文勘测工作的方式以外，关于水质的理化特性研究也是水文勘测工作中主要的一项内容。从水的理化特性研究上来说，受其专业操作影响的影响，经笔者提议，能够组织或成立专门的研究队伍，同时完善有关技术和测试装置，这样才有可能有科学、正确的科研结论。

4.4 整理和审阅水文地质材料

为了开展科学、正确的水文勘查工作，需要对有关区域的水文状况有全面的认识。在实际勘查工作时，能够向当地水文局收集有关水文材料，并对其有充分的认识和分析。经过梳理和审查有关水文材料，能够提高水文勘查工作的准确度和专业程度。

4.5 抽水试验

抽水试验，包括从抽水井吸取相应水分并在某距离的试验井测定不同时期地下水位变化的情况，根据试验数据通过各种地下水流动理论方程或其他方法计算抽水实验的成果。水文参数是分析地下水流动情况最有力的资料基础。在实际操作过程中，必须按照勘察的目的，对泵送试验的各种类型作出恰当、正确的选定，同时根据一定的试验方法，确定有关水文的主要参数，从而对地下水的渗透深度、含水层、隔水层等渗透系数作出正确的评价。在抽水试验开展过程中，必须适时对抽水实验的基础检测资料——抽水流速(Q)、水位降深(S)及抽水延续时间(t)进行实地测试和汇总，并绘出有关规定的影响曲线。现场数据收集的主要目的有：①准确了解抽水测量工作能否按时无误地完成，以及水位与流速的监测结果中是否存在异常或错误，并剖析异常或出错现象产生的原因。必须及时纠正技术错误，并采取补救措施，包括及时返料和延长泵送试验时间等，以提高泵送试验的顺利进行。②利用图所描绘的各种水位、流速和时间有关曲线以及与典型有关曲线之间的比较，确定实际抽水曲线能否满足水文参数估算的需要，从而判断实际抽水试验是否必须减少、延期或停止，从而为水文参数估算提供了基本的可信的原始资料。

4.6 地下水环境的监测

地下水环境监测，是指地下水监管单位通过对辖区内地下水温度、质量等信息的监控，从而准确了解动态变化状况，对地下水资源实施持续的有效保护。地下水监控系统主要由以下四个部分构成：监测中心、通讯系统、微功率测控终端、水位监控记录仪。要精确掌握地下水的水位状况，进行对地下水水质状况的实时监控，对进行地下水环境的检测也是至关重要的。通过对地下水环境的检测，不但可以掌握地下水的流动状况，同时也可以更精确了解地下水的分布状况以及有关化学成分，从而保证了地下水环境评估的科学化与准确度。

4.7 水理化性质分析与水文地质的勘察评价

水的理化性质研究对于勘查工作的进行，也有至关重要的影响，在对其进行检测的过程中，需要组建优秀的检测团队，引进专业的监测设备，以保证检测结果的准确性。而在完成水文勘查任务后，要对水文处理提出正确、科学的依据，还针对勘查的成果开展相应的考核检查。值得注意的是，在勘察评价时，要严格按照相应的规范与流程实施勘察评估。同时，对成果应用进行认真、全面的检查，以此提高水文地质勘查评估的准确度。

5 结论

本文针对电法勘探的含义、理论基础、勘探方法、矿区污染地影响水文地质勘察的相关工作内容、矿区污染地水文地质勘察中存在的问题以及矿区污染地影响水文地质勘察的方法等多个方面，进行了详细的分析与论述，旨在强调基于电法勘探的水文地质勘察方法，对于矿物污染地下水保护的关键性作用，希望能够为相关行业的发展，提供相应的借鉴。