超高密度电法和激电法在河北某地找水实例分析

1、第9卷 第4期2011年8月南水北调与水利科技S outh -to -North W ater Diver sion and Water Science &Techn ology Vo l.9No.4A ug.2011 水文水资源收稿日期:2011-05-07 修回日期:2011-06-17 网络出版时间:2011-07-23网络出版地址:http:/w w k V.20110723.1706.022.h tm l 基金项目:/华北西北严重缺水地区地下水勘查项目0(G201101作者简介:宋洪伟(1982-,男,河北南宫人,硕士,主要从事矿产普查与勘探方面的研究。E -mail:s h

2、w 2180doi :10.3724/SP.J.1201.2011.04060超高密度电法和激电法在河北某地找水实例分析宋洪伟1,张翼龙1,夏 凡2,殷 夏1,苗青壮1(1.中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄050803;2.石家庄经济学院,石家庄050031摘要:通过介绍由澳大利亚引进的全新超高密度电法反演系统对河北省行唐县几个村庄的地下水勘查实例,对新兴的超高密度电法与传统的大功率激电测深法相结合的方式在太行山灰岩地区基岩水勘查的应用进行了可行性分析。高密度电法工作效率高、探测速度快,而大功率激电测深法探测精度高。二者有机结合,既可以提高工作效率、又可以互相印证,是一种很好的综合

3、物探地下水勘查模式。通过平行布置电阻率测量剖面的工作方式很好的把控了破碎构造的走向,圈定了富水异常区,并最终取得了很好的勘探效果,实践证明该电法组合的勘探方式在同类地区中进行地下水勘查是很有推广价值的。关键词:超高密度电法;激发极化法;太行山区;破碎带;地下水勘查;灰岩地区中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1672-1683(201104-0060-03Analysis of the Water Investigation by Super Density Electrical Method and IP in HebeiSON G H ong -w ei 1,ZHA N G Y

4、-i long 1,XIA Fan 2,Y IN Xia 2,M I AO Q ing -zhuang 1(1.T he I nstitute of H y dr ogeolo gy and Envir onmental Geology ,CA G S,S hij iaz huang 050803,China;2.H ebei Geolog ical Ex p lor ation I ns titute o f CH EM ,S hij iaz huang 050031,ChinaAbstract:T his ar ticle car ried out t he feasibilit y an

5、alysis on the application o f the conjo int mo de of the super density electr ical met ho d and I P in bedro ck w ater inv estigation in t he calcar eo us r ock area of T aihang M ounta in based on the intro duction of ex -amples using the brand -new super density electrical method inv erse sy stem

6、int roduced from A ustralia for g ro und water inv est-i g atio n in sever al v illages o f Xingtang Co unty in Hebei P ro vince.T he high density electrical method has the hig h wo rking eff-i ciency and the quick detection speed,w hile the I P has a high pr ecision.T he integ ratio n o f tw o meth

7、ods can bot h ra ise the wo rk -ing efficiency and v erify mutually ,w hich is o ne kind of v aluable comprehensive g eo phy sical surv ey mo des for g round water in -v est igation.T hro ug h the parallel ar rang ement of resistiv ity measur ement section plane,the met ho d contro lled the stave st

8、r uctur e trend v ery w ell,delineated the gr oundwat er zone,and made the g oo d ex plo ration prog ress finally.T he pr actice has prov en t hat this wo rking mo de is w or th pr omot ion in g roundw ater inv estigation in the similar reg io ns.Key words:super densit y elect rical method;induced p

9、olarization;T aihang M ountain;fr act ur e zone;g ro und w ater investig ation;limesto ne ar ea超高密度直流电法勘探反演系统是近几年才刚刚引进我国的一种新型直流电法勘探仪器,其不同于传统高密度电法的数据采集方式,如偶极、温纳装置等等。而采取全自动、自由组合的数据采集方式,使得同样电极数的情况下,采集的数据量将超过常规方法40倍以上,无须顾及各种不同的数据采集装置的优缺点。同时,其多通道的工作模式能够同时采集61组V /I 数据,所以不会以为采集数据过大而影响采集速度。由于其快速、便捷、有效的工作方式,

10、近年来在水工环物探工作中发挥了很重要的作用1-4。激发极化法是最传统的也是最有效的地下水勘查方法之一。不仅在区域水文地质调查工作中成为重要的物探辅助手段,而且在一次次抗旱抢险工作中充当了很重要的角色,解决了很多旱区人民饮用水难题。因此,在找水的物探方法中,激发极化法一直受到广大水文地质工作者的青睐5。1 地质概况及物性特征分析行唐县地处河北省西南部,隶属河北省石家庄市,太行#60# 水文水资源山东麓浅山丘陵区与华北平原的交接过渡地带。因而,工作区地形多以半丘陵为主,北部为基岩山丘,出露地层为寒武系白云岩系,向南逐渐过渡为山前平原,地表为第四系所覆盖。工作区岩溶发育具不均匀性,富水区域为次一级断

11、裂或两侧强岩溶发育带。完整白云岩电阻率相对较高,电测深Q s 曲线一般表现为/A 0型,斜率一般在45b 左右。由于断裂构造充水、溶蚀,岩溶发育地段电阻率将明显降低,形成低阻异常。在断裂构造上及岩溶裂隙发育带上Q s 同步下降低阻呈/H 0型曲线,曲线出现平台、拐折异常特征6-7。虽然上述岩溶段或断裂构造与完整基岩的电性存在明显的差异,为开展电法工作提供了可靠的地球物理前提。但是,不能忽视的是在溶洞及裂隙中出现的泥质充填物,其成分一般为钙泥质与铁泥质薄膜泥水混合物也会呈现低阻高极化特征。在进行解译时一定注意其与充水裂隙的区别8。2 实例分析2.1 A 村找水实例该村位于太行山山前丘陵区,村庄南

12、部为一条近东西向冲沟纵贯村庄,冲沟深度>3m 。冲沟南侧第四系覆盖层较薄(<5m,地表多见基岩出露;冲沟北侧第四系覆盖较厚(10m 左右,有基岩出露,岩性为含燧石条带白云岩,推测属于长城系高于庄组岩系。以下为在该村的电法勘探定井位工作介绍。2.1.1 失败原因分析拟定井孔位于冲沟北侧平台上,第四系覆盖层厚度约10m,孔位东约100m 处有一口已知井。做完井旁激电测深之后,在拟定井位处做激电测深工作,最大AB/2极距为420m 。图1为拟定井位视电阻率、视极化率双对数测深曲线图。图1 初次拟定井位电测深曲线图Fig.1 Cu rve of the w ell position u s

13、ing IP for the first time由图中视电阻率曲线可以很明显的看出在A B/2为120240m 之间出现所谓的电阻率/平台0,完全符合前文所述完整基岩下的破碎含水带电性特征,估计深度为70m 见水。因此,设计孔深为130m,但是最终钻进近100m 发现并非为破碎富水带,而是泥质充填物,水量极为微小,不足以成井,于是停止钻掘,进行进一步的勘探。2.1.2 成功定井实例分析了首次定井的失败原因,笔者将工作重点放在了找寻构造明显及汇水面积较大,汇水条件较为理想的地方。此处的最明显构造就是村南的冲沟,笔者推断此处可能为一断裂构造,而沟内就是一个汇水的理想场所,但同时也为汇聚泥质提供了

14、良好的条件。由于水体的流动性要远强于泥质物,因此,本次找水的关键就是找寻此构造的伴生构造,也就是次一级的断裂带产生的基岩裂隙水。通过以上分析之后,笔者采用了超高密度电法在垂直冲沟的方向拉了两条测线。极距10m,电极数64根,两条测线相互平行,相距约100m 。两条超高密度测线反演后的等值断面图见图2。图2 超高密度电法电阻率反演断面等值线图Fig.2 Inversion cross -s ection isograms of resistivity u singthe su per dens ity electrical m ethod在电阻率等值断面图中我们可以很清楚的看到在1号剖面3153

15、78m 处有很明显的等值线陡立现象,与之相对应的2号剖面315m 左右的地方也出现了相同的情况。两条高密度测线均提示有不整合接触的情况,并且两条联合剖面又可很明显的看出断裂带的走向,再结合冲沟的形态基本可以断定隐伏构造的存在性是肯定的并且其位置也基本可以确定了。考虑到群众的用水需求和成井的施工方便,笔者拟定2号剖面的252315m 之间为钻孔位,并做了激电测深。测深视电阻率、视极化率双对数曲线图见图3。图3 拟定井位电测深曲线图Fig.3 Curve of the well position using IP通过测深曲线可以看出有4060m 之间为一浅层富水带,推断此处可能会有少量泥质充填,保

16、守估计为中等富水带;100180m 为一平缓富水带此处泥质物较少,水量较为充足,结合该地区已有井的情况来分析,此层位也是中等富水带。最终成井深度为130m,出水层位分别为43m 和105m,涌水量1440m 3/d,完全满足了当地老百姓的生活及灌溉用水。#61#宋洪伟等#超高密度电法和激电法在河北某地找水实例分析 水文水资源2.2 B 村找水实例该村位于太行山山前半丘陵区,村庄第四系覆盖较厚(20m,地表基本看不到基岩出露。村中有一条南北向小河纵贯村庄,河中水量较少,汇水条件不甚理想,河边有一深井,为干孔,可以推断该河为季节性河流,在少雨季节时干涸,多雨季节汇集有限水量。因此,在该村的地下水勘

17、查工作应以圈定破碎富水带走向为重点。由于村中小河与农田相距较远,且河水量基本可以满足村民生活用水,所以考虑到为了解决老百姓实实在在的灌溉困难,笔者将工作重点区定在了村庄的东南面农田中。在搜集了当地已有灌溉井的资料以后,最终在两口已知井的连接线延长约150m 的地方垂直两口井的连线做了一条5个点的激电测深剖面,点距约为70m;根据激电测深剖面又与之平行的布置了一条超高密度电法剖面,高密度剖面与电测深剖面相距150m 。两条剖面电阻率断面等值线图见图4。图4 高密度及电测深电阻率断面等值线图对照Fig.4 Comparison of cross -s ection isograms of resi

18、stivity u singhigh den sity and IP在图中很明显看到超高密度电法的断面图在距离起点为250300m 之间等值线陡立,基本可以判断下伏有基岩破碎异常。同时在激电剖面3号点处也出现等值线突然变陡的现象,将二者剖面异常位置相连接很容易推断出破碎带的走向。结果推断破碎带位置较井连线偏南约50m,走向基本与连井线平行,由此可以断定已知井均打在了破碎带的中心靠边的位置,而真正的富水带是在破碎带的中心。因此,笔者将井位拟定在了高密度测线280m 处的位置上,设计井深120m,但在打井过程中未到百米涌水量就已经非常之大,最终成井100m,涌水量超过4000m 3/d,得到了该村

19、村民的一致赞扬。3 结论¹在抗旱找水的工作中,物探工作仍是不可或缺的,尤其是直流电法更是因其抗干扰能力强、原理成熟、解译简单快捷等优点为井位选取工作提供了可靠的理论指导。º在激电测深工作确定有水、无水,岩溶裂隙充填物的性质、富水情况,除根据电测深的曲线形态进行分析外,绝对不可忽视水文地质条件。必须结合工作区的地质构造,地形地貌,地下水的补排途径进行综合分析,才可提高解释判断的准确性。»超高密度电法仪因其多通道同时采集数据的工作方式显著提高勘探效率,操作方便简单,在进行定性圈定潜伏构造的工作中有着一定的优势,是一个在今后的水工环物探发展中值得我们关注的一种勘探形式。

20、参考文献(Refer ences:1 刘国辉,张献民,贾学民.地下水资源电法勘探新技术M .地震出版社,2007:60-64.(LIU Gu o -hui,ZHANG Xian -min ,J IA Xue -min.New T echnology of Groundw ater Resou rces Electri -cal ProspectingM .Earthquake Press,2007:60-64.(in Chinese2 李金铭.地电场与电法勘探M .地质出版社,2005:208-215.(LI Jin -ming.Electric Field and Electrical Pr

21、ospectingM .Ge -ology Press ,2005:208-215.(in Chinese3 刘云祯.工程物探新技术M .地质出版社,2006:249-254.(LIU Yun -z hen.New T echnology of Geophysical Ex ploration M .Geological Press,2006:249-254.(in Chinese4 刘晓东.高密度电法在工程物探中的应用J .工程勘察,2001,(4:64-66.(LIU Xiao -dong.H igh Density E lectr ical M ethod in Geophysical Exploration .s ApplicationJ.Engineerin g Invest-i gation ,2001,(4:64-66.(in Chinese5 叶明金,吴述来,廖建龙.湘西龙溪塘地区直流激电找水应用效果分析J.地下水,2006,28(5:75-105.(YE M ing -jin,WU S hu -lai,L IAO Jian -long.Application of IP in the Western H u -nan Longxi Pond A rea to L ook for th e Grou