水文地质调查与综合物探在找水中的应用

2022-08-09高欢

水利科技与经济 2022年7期

高欢

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，郑州 450001)

0 引言

我国幅员辽阔，存在较多的贫水地区，找水技术一直以来是相关领域的研究重点[1]。崔小江等[2]为提高找水和控水效率，对水平井技术在找水中进行了应用，结果表明具有良好的应用价值。林君[3]归纳了核磁共振找水技术的应用现状与发展前景。李伟等[4]考虑到岩溶地区的地质特性，对在岩溶地区的找水技术进行了探讨。刘新号[5]对蓄水构造的山区找水技术进行研究，结合物探方法，提高了找水定井的效率。王百等[6]对小流量水平井找水技术的机械工艺进行优化，为找水提供了有效的技术手段。张兆民等[7]针对潍坊贫水山区，对该地区的地下水赋存特征和地质构造进行分析，评价了富水性。李俊[8]依据干旱区的储水构造和水文调查，提供了找水钻孔的依据。

针对缺水地区找水情况，本文通过物探手段对4个找水点的水源进行探测，介绍了水文地质调查与综合物探相结合的找水技术。通过对物探成果分析和利用钻孔验证，对4个找水点的富水性进行确定，为地下水勘察工作提供参考和借鉴。

1 水文地质概况

本研究测试区内存在大面积的岩浆岩，其主要成分为侏罗纪花岗岩。测试区外围存在由灰质砂岩、沉凝灰岩以及灰质粉砂岩等构成的互层。研究区内的区域构造为形成于加里东期的南岭东西复杂构造带，主要方向为北东东向方向，包含倾角60°和延伸10 km左右的断裂带，严重的逐渐发展成区域性大断裂。图1为测区物探位置简图。

图1 测区物探位置简图

测试区存在多成分构成的含水岩组，其主要成分包括黑云母花岗岩长岩、侏罗纪黑云母花岗岩和二云母花岗岩等。依托赋存条件，将测区地下水划分为两种类型，分别为构造裂隙水和风化带网状裂隙水。构造裂隙水在裂缝发育地段的富水性较高，存在众多的充水裂隙，构造条件和地层岩性是构造裂隙水的富水性主要的影响因素。风化带网状裂隙水的富水性受到风化壳厚度的制约，主要赋存于较强的风化带中，水量在风化厚度大、岩石风化作用剧烈的地带较为丰富，而在岩体风化厚度薄的地带则富水性较差。

2 找水技术

2.1 物探方法与参数确定

在通过物探方法找水的过程中，需在尽短的时间内探测多个找水点。因此，在多个找水点之间布置一条物探测线，可以提高找水效率。为确保物探工作快速、有效地进行，找水的主要方法选择高密度电法和联合剖面法两种方法。在联合剖面法中，设置50和70 m的小极距，大极距设为110 m，点距设为10或20 m。在高密度电法中，通过60根电极、点距为10 m的温纳装置进行观测，以防止在有效探测深度范围内发生横向的偏移。

2.2 数据处理与解释

2.2.1 数据处理

为保证探测效果，减少数据干扰的影响，高密度电法采集的数据通过直流激电反演系统IPInv进行处理，再将经过处理的数据通过绘图软件制成相应的数据图。

数据处理主要分为两个步骤：①在联合剖面法中，若设置勘测线的地形有较大的起伏，先利用比值法改正地形，然后通过软件绘制出电阻率曲线；若勘测线未穿过较大起伏的地形，则不需要做过多的处理，直接绘制曲线。②在高密度电法中，需要对文件格式进行转换，将原始数据文件转换为便于分析处理的文件格式，格式转变完成后，对由于土层不均匀特性或者接地电阻过大等原因导致的坏点进行筛除。基于此，进行二维电阻率的反演处理，并利用相关软件绘制等值线图。

2.2.2 资料解释

通过数据处理得到相关物探成果图件，需对物探成果图件进行相关分析与解释。解释遵循以下原则和依据：①围岩和找水点的电阻分布范围进行明确。②在联合剖面曲线中，地层界限附近含水的节理裂隙和断裂构造呈现低阻正交点特征或同步低阻特征。③在高密度电阻等值线中，地层界限附近含水的节理裂隙和断裂构造呈现梯度带、陡坎、错断等特征。④对水文地质资料进行深入挖掘，结合联合剖面曲线图与电阻率等值线图进行进一步综合分析解释。

3 物探成果与钻探验证

3.1 物探成果

3.1.1 测区①

图2为测点①的物探成果图。图2(a)展示了极距为70 m条件下的联合剖面视电阻率曲线；图2(b)展示了极距为150 m条件下的联合剖面视电阻率曲线；图2(c)展示了高密度电法视电阻率拟断面图；图2(d)展示了高密度电法电阻率二维反演断面图。

图2 测区①物探成果图

从图2(a)中可以看出，Ra和Rb曲线在里程较短时，视电阻率变化不大；在里程超过600 m之后，视电阻率开始出现大幅变化；在里程730 m附近，出现大幅度衰减。对比Ra和Rb两条曲线情况，在里程较短时，Ra视电阻率大于Rb，随着里程的增加，两者数值逐渐接近，且呈现出相同的趋势，Ra和Rb两条曲线在里程560～580段附近呈现出正交特征。

从图2(b)中可以看出，在里程较短的剖面，Ra和Rb曲线数值和趋势差异都较为显著，Ra曲线随着里程的增加视电阻率降低，Rb曲线随着里程的增加视电阻率提高，在600 m处的剖面出现低阻正交点，之后两条曲线数值和随里程增加的变化趋势较为接近。因此，可推断出在600 m剖面附近为断裂构造发育带。

从图2(c)中可以看出，未显示出断裂构造发育带的相关特征。而根据反演结果，见图2(d)，其电阻率等值线在里程600 m之后逐渐变得稀疏，与联合剖面展示的结果较为吻合。设置探水孔在剖面630 m附近，经过钻孔验证发现，在16.5～100.3 m深度范围内存在富水性较好的构造裂隙的花岗岩。

3.1.2 测区②

图3为测点②的物探成果图。图3(a)展示了极距为50 m条件下的联合剖面视电阻率曲线；图3(b)展示了极距为110 m条件下的联合剖面视电阻率曲线；图3(c)展示了高密度电法视电阻率拟断面图；图3(d)展示了高密度电法电阻率二维反演断面图。

从图3(a)中可以看出，在里程390 m剖面附近出现了Ra和Rb曲线的正交点特征。从图3(b)中可以看出，在里程430 m剖面附近出现了两条曲线的正交点特征。综合图3(a)和图3(b)曲线趋势，推论出在420 m剖面附近为断裂构造。联合剖面曲线在剖面420 m附近呈现出了低阻异向现象，而正如图3(c)所示的高密度视电阻率推断面，也能对低阻异常现象的发生进行反映，这也验证了420 m剖面附近为断裂构造的推论。从图3(d)中也可以看出，破碎带倾角约为70°，宽度35 m左右。在剖面420 m处设置探水孔，经钻孔验证，在深度14.5～83.5 m范围内分布有构造裂隙花岗岩，具有较弱的富水性。

图3 测区②物探成果图

3.2 钻探验证

对图1中的4个测区进行钻探验证和抽水试验。表1为钻探验证和抽水试验的结果。根据钻探的数据和抽水试验测得的结果进行分析，测区①内的富水性较好，由于地势平坦，有较大的汇水面积；测区②和测区③内的探水孔出水量较低，推测可能是受到测区断层为压性断层的影响；测区④内的钻孔位于断裂破碎影响带内，有较好的地下水补给条件，富水性强。