夏 凡

(河北省煜環(huán)環(huán)?？萍加邢薰?，河北石家莊050051)

張家口，又稱“張?jiān)薄拔涑恰?，位于中國河北省西北部，地處京、冀、晉、蒙四省市區(qū)交界處。全市地勢西北高、東南低，陰山山脈橫貫中部，將全市劃分為壩上壩下兩個自然地理區(qū)域。南部壩下地處華北平原和內(nèi)蒙古高原的過渡帶，該區(qū)域地形復(fù)雜，山巒起伏，丘陵與河谷盆地相間分布。處于南部山區(qū)村莊的老百姓常年受著用水難、吃水難等問題的困擾，這嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 激電測深法

大功率激發(fā)極化法又稱激電測深法，是一種以不同巖層、礦石的激電效應(yīng)之差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測和研究大地激電效應(yīng)，以探查地下地質(zhì)情況的一種勘探方法，同時也是最有效的地下水勘查方法之一。因此，在解決旱區(qū)人民飲用水的物探方法中，激發(fā)極化法一直受到廣大水文地質(zhì)工作者的青睞。

研究表明，充水裂隙、破碎帶及由粘土礦物組成的巖石等，充、放電速度很快，而顆粒較粗(如砂或砂礫組成)的巖石和完整巖石充放電速度則較慢。這對評價激電異常和利用激電法找水很有實(shí)際意義，也是用激電法尋找地下水的地球物理前提。其電阻率公式為:

式中:ρs為視電阻率(Ω·m);K為由AB、MN各極點(diǎn)相對距離得出的系數(shù)［1］～［3］。

2 工作方法及流程

激電法找水簡單、快捷、效率高，概括說來可分為測區(qū)地質(zhì)資料的收集與現(xiàn)場踏勘;再根據(jù)踏勘現(xiàn)場決定工作的設(shè)計(jì);然后野外數(shù)據(jù)采集、整理、初步成圖進(jìn)行分析解釋;最后定井位，進(jìn)行打鉆工作。本次激電工作設(shè)計(jì)如下:

(1)確定重點(diǎn)區(qū)的工作。在工作區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查工作及走訪，并對區(qū)內(nèi)前人打井工作的成功失敗案例進(jìn)行分析總結(jié)，確定工作區(qū)內(nèi)匯水條件較好的所謂“靶區(qū)”。

(2)物探測線工作的布置。在區(qū)內(nèi)做已成井的井旁電阻率測深工作，獲取成功出水井的含水層結(jié)構(gòu)物性特征資料。

(3)在“靶區(qū)”重點(diǎn)位置做激電測深工作，條件允許時盡量做剖面布置，條件不允許時采取單點(diǎn)測量方式進(jìn)行勘探。

(4)為保證勘探精度，激電測深工作一次場電位必須達(dá)到30 mV以上。為此，我們采用了多項(xiàng)措施。采用了兩臺5 KW的大功率發(fā)電機(jī)。為保證接地效果及供電效果，在AB極兩端采取了十幾根經(jīng)過打磨的鋼釬，并澆上大量水來降低接地電阻。

(5)最后在一步為進(jìn)行電阻率曲線特征分析，完整的該類巖石電阻率相對較高，電測深ρs曲線一般表現(xiàn)為“A”型，斜率一般在45°左右。由于斷裂構(gòu)造充水、溶蝕，巖溶發(fā)育地段電阻率將明顯降低，形成低阻異常。在斷裂構(gòu)造上及巖溶裂隙發(fā)育帶上ρs同步下降低阻呈“H”型曲線，曲線會出現(xiàn)變平緩，斜率變小、拐折異常特征。勘探中要把握這樣的原則，注意所謂“平臺”，“臺階”的存在［4］～［7］。

因此，本區(qū)找水的重點(diǎn)應(yīng)放在尋找斷層構(gòu)造上，以探尋巖層下破碎帶中的裂隙水為主。但是需要注意的是，雖然上述巖溶段或斷裂構(gòu)造與完整基巖的電性存在明顯的差異，為開展電法工作提供了可靠的地球物理前提。但是，不能忽視的是在溶洞及裂隙中出現(xiàn)的泥質(zhì)充填物，其成分一般為鈣泥質(zhì)與鐵泥質(zhì)薄膜泥水混合物也會呈現(xiàn)低阻中低極化特征。在進(jìn)行解譯時一定注意多利用其與充水裂隙的極化率的區(qū)別［8］［9］。

3 勘查實(shí)例

3.1 靶區(qū)的選擇工作

該村位于內(nèi)蒙高原與華北平原交界的山前丘陵區(qū)，村莊附近有一些小型溝壑山谷。其中，在村莊北部有一條規(guī)模較大近東西向沖溝縱貫村莊，沖溝深度＞3 m。沖溝南側(cè)第四系覆蓋層較薄(＜5 m)，地表多見基巖出露;沖溝北側(cè)第四系覆蓋較厚(10 m左右)，有基巖出露，巖性為白云質(zhì)灰?guī)r及灰質(zhì)白云巖。此處的構(gòu)造較為明顯，可以推斷沖溝處應(yīng)該為一斷裂構(gòu)造，而溝內(nèi)匯水條件又較為理想，而且村莊有一個正在使用的水井也處于沖溝的附近。因此，選定此處為重點(diǎn)出水“靶區(qū)”。

3.2 已知井位處工作

已知井位于上述沖溝的東南部，成井于上世紀(jì)80年代，根據(jù)已掌握的該井資料得知，此井80 m左右見水，最終成井深度120 m。當(dāng)時該井成井時的出水量準(zhǔn)確數(shù)據(jù)已無從考證，目前的出水量約為30 m3/h。隨著村莊規(guī)模的不斷發(fā)展，已有的水井已無法滿足村民日常生活及灌溉需要。

為了能夠獲取該地區(qū)更多的地層物性資料，同時為保證定井的成功率，我們在該井處做了井旁的電測深工作。最大AB極距取1 000 m。如圖1所示為已知井井旁視電阻率、視極化率雙對數(shù)測深曲線圖。

由圖中視電阻率曲線可以很明顯的看出在AB/2為130 m往后出現(xiàn)所謂的電阻率“平臺”，完全符合前文所述完整基巖下的破碎含水帶電性特征。估計(jì)深度70 m－80 m以下到達(dá)含水層，與已掌握已知井揭露的含水層深度較為吻合。

由此，可以證明，激電測深法在該地區(qū)進(jìn)行選定井位的工作具有很高的可行性，并且在該已知井處的驗(yàn)證測量工作對接下來的地下水勘察工作有著很高的指導(dǎo)意義。

圖1 已知井位電測深曲線圖

3.3 A孔定孔實(shí)例

為了保證成井率，我們在靶區(qū)選取了兩處重點(diǎn)位置，同時兼顧了匯水條件及取水方便等因素。以下為A孔處激電測深工作介紹:

由圖2所示為擬定的A孔處進(jìn)行的激電測深曲線，可以看出，電阻率曲線呈近45°的斜率一直未有變化，同時很明顯的看出與已知井處的曲線差別較大，電阻率曲線對含水構(gòu)造的反應(yīng)也非常不明顯。因此決定放棄此孔，再另行尋找下一個孔位。

圖2 擬定A孔處電測深曲線圖

3.4 B孔定孔實(shí)例

通過對A孔處選點(diǎn)工作的分析，我們得出這樣的結(jié)論，A孔可能已經(jīng)位于破碎帶的范圍之外。如果想要提高出水的成功率，應(yīng)該將孔位在向推斷的破碎中心靠近，因此我們又選定了B孔作為第二個備選定井位處。在此處進(jìn)行了激電測深工作，見圖3。

圖3 擬定井位電測深曲線圖

在B孔處的激電測深曲線圖中我們可以看到兩點(diǎn):第一，電阻率曲線與井旁測深曲線形態(tài)高度一致;第二，在AB/2為150 m左右處，即推斷深度為75 m以下時電阻率曲線斜率逐漸變小，曲線形態(tài)走勢平緩，再結(jié)合極化率曲線，在低阻區(qū)域同時對應(yīng)著高極化率，基本可以確定B孔處是值得進(jìn)行鉆探工作的。

我們再來結(jié)合該地區(qū)已有井的情況來分析，推斷含水層位應(yīng)該對應(yīng)的是中等富水帶，最大出水深度應(yīng)為120 m左右。最終該井成井深度為140 m，出水層位分別為73 m和125 m，涌水量60 m3/h，完全滿足當(dāng)?shù)乩习傩盏纳罴肮喔扔盟?，極大緩解了當(dāng)?shù)赜盟y的現(xiàn)狀。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)本次地下水勘查工作實(shí)例可知，根據(jù)電測深的曲線形態(tài)進(jìn)行含水結(jié)構(gòu)分析是行之有效的。并且，直流電法更是因其抗干擾能力強(qiáng)、原理成熟、解譯簡單快捷等優(yōu)點(diǎn)為井位選取工作提供了可靠依據(jù)。

(2)在激電測深工作確定有水、無水、泥質(zhì)充填物的性質(zhì)、富水情況時絕對不可忽視水文地質(zhì)條件，必須結(jié)合工作區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，地形地貌，地下水的補(bǔ)排途徑進(jìn)行綜合分析，才可確定“靶區(qū)”提高物探工作解譯的準(zhǔn)確性。

［1］劉國輝，張獻(xiàn)民，賈學(xué)民.地下水資源電法勘探新技術(shù)［M］地震出版社，2007，60 －64.

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