超高密度電法和激電法在河北某地找水實例分析

1、第9卷 第4期2011年8月南水北調(diào)與水利科技S outh -to -North W ater Diver sion and Water Science &Techn ology Vo l.9No.4A ug.2011 水文水資源收稿日期:2011-05-07 修回日期:2011-06-17 網(wǎng)絡(luò)出版時間:2011-07-23網(wǎng)絡(luò)出版地址:http:/w w k V.20110723.1706.022.h tm l 基金項目:/華北西北嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查項目0(G201101作者簡介:宋洪偉(1982-,男,河北南宮人,碩士,主要從事礦產(chǎn)普查與勘探方面的研究。E -mail:s h

2、w 2180doi :10.3724/SP.J.1201.2011.04060超高密度電法和激電法在河北某地找水實例分析宋洪偉1,張翼龍1,夏 凡2,殷 夏1,苗青壯1(1.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所,石家莊050803;2.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院,石家莊050031摘要:通過介紹由澳大利亞引進(jìn)的全新超高密度電法反演系統(tǒng)對河北省行唐縣幾個村莊的地下水勘查實例,對新興的超高密度電法與傳統(tǒng)的大功率激電測深法相結(jié)合的方式在太行山灰?guī)r地區(qū)基巖水勘查的應(yīng)用進(jìn)行了可行性分析。高密度電法工作效率高、探測速度快,而大功率激電測深法探測精度高。二者有機(jī)結(jié)合,既可以提高工作效率、又可以互相印證,是一種很好的綜合

3、物探地下水勘查模式。通過平行布置電阻率測量剖面的工作方式很好的把控了破碎構(gòu)造的走向,圈定了富水異常區(qū),并最終取得了很好的勘探效果,實踐證明該電法組合的勘探方式在同類地區(qū)中進(jìn)行地下水勘查是很有推廣價值的。關(guān)鍵詞:超高密度電法;激發(fā)極化法;太行山區(qū);破碎帶;地下水勘查;灰?guī)r地區(qū)中圖分類號:P631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: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超高密度直流電法勘探反演系統(tǒng)是近幾年才剛剛引進(jìn)我國的一種新型直流電法勘探儀器,其不同于傳統(tǒng)高密度電法的數(shù)據(jù)采集方式,如偶極、溫納裝置等等。而采取全自動、自由組合的數(shù)據(jù)采集方式,使得同樣電極數(shù)的情況下,采集的數(shù)據(jù)量將超過常規(guī)方法40倍以上,無須顧及各種不同的數(shù)據(jù)采集裝置的優(yōu)缺點。同時,其多通道的工作模式能夠同時采集61組V /I 數(shù)據(jù),所以不會以為采集數(shù)據(jù)過大而影響采集速度。由于其快速、便捷、有效的工作方式,

10、近年來在水工環(huán)物探工作中發(fā)揮了很重要的作用1-4。激發(fā)極化法是最傳統(tǒng)的也是最有效的地下水勘查方法之一。不僅在區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查工作中成為重要的物探輔助手段,而且在一次次抗旱搶險工作中充當(dāng)了很重要的角色,解決了很多旱區(qū)人民飲用水難題。因此,在找水的物探方法中,激發(fā)極化法一直受到廣大水文地質(zhì)工作者的青睞5。1 地質(zhì)概況及物性特征分析行唐縣地處河北省西南部,隸屬河北省石家莊市,太行#60# 水文水資源山東麓淺山丘陵區(qū)與華北平原的交接過渡地帶。因而,工作區(qū)地形多以半丘陵為主,北部為基巖山丘,出露地層為寒武系白云巖系,向南逐漸過渡為山前平原,地表為第四系所覆蓋。工作區(qū)巖溶發(fā)育具不均勻性,富水區(qū)域為次一級斷

11、裂或兩側(cè)強(qiáng)巖溶發(fā)育帶。完整白云巖電阻率相對較高,電測深Q s 曲線一般表現(xiàn)為/A 0型,斜率一般在45b 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Q s 同步下降低阻呈/H 0型曲線,曲線出現(xiàn)平臺、拐折異常特征6-7。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)低阻高極化特征。在進(jìn)行解譯時一定注意其與充水裂隙的區(qū)別8。2 實例分析2.1 A 村找水實例該村位于太行山山前丘陵區(qū),村莊南

12、部為一條近東西向沖溝縱貫村莊,沖溝深度>3m 。沖溝南側(cè)第四系覆蓋層較薄(<5m,地表多見基巖出露;沖溝北側(cè)第四系覆蓋較厚(10m 左右,有基巖出露,巖性為含燧石條帶白云巖,推測屬于長城系高于莊組巖系。以下為在該村的電法勘探定井位工作介紹。2.1.1 失敗原因分析擬定井孔位于沖溝北側(cè)平臺上,第四系覆蓋層厚度約10m,孔位東約100m 處有一口已知井。做完井旁激電測深之后,在擬定井位處做激電測深工作,最大AB/2極距為420m 。圖1為擬定井位視電阻率、視極化率雙對數(shù)測深曲線圖。圖1 初次擬定井位電測深曲線圖Fig.1 Cu rve of the w ell position u s

13、ing IP for the first time由圖中視電阻率曲線可以很明顯的看出在A B/2為120240m 之間出現(xiàn)所謂的電阻率/平臺0,完全符合前文所述完整基巖下的破碎含水帶電性特征,估計深度為70m 見水。因此,設(shè)計孔深為130m,但是最終鉆進(jìn)近100m 發(fā)現(xiàn)并非為破碎富水帶,而是泥質(zhì)充填物,水量極為微小,不足以成井,于是停止鉆掘,進(jìn)行進(jìn)一步的勘探。2.1.2 成功定井實例分析了首次定井的失敗原因,筆者將工作重點放在了找尋構(gòu)造明顯及匯水面積較大,匯水條件較為理想的地方。此處的最明顯構(gòu)造就是村南的沖溝,筆者推斷此處可能為一斷裂構(gòu)造,而溝內(nèi)就是一個匯水的理想場所,但同時也為匯聚泥質(zhì)提供了

14、良好的條件。由于水體的流動性要遠(yuǎn)強(qiáng)于泥質(zhì)物,因此,本次找水的關(guān)鍵就是找尋此構(gòu)造的伴生構(gòu)造,也就是次一級的斷裂帶產(chǎn)生的基巖裂隙水。通過以上分析之后,筆者采用了超高密度電法在垂直沖溝的方向拉了兩條測線。極距10m,電極數(shù)64根,兩條測線相互平行,相距約100m 。兩條超高密度測線反演后的等值斷面圖見圖2。圖2 超高密度電法電阻率反演斷面等值線圖Fig.2 Inversion cross -s ection isograms of resistivity u singthe su per dens ity electrical m ethod在電阻率等值斷面圖中我們可以很清楚的看到在1號剖面3153

15、78m 處有很明顯的等值線陡立現(xiàn)象,與之相對應(yīng)的2號剖面315m 左右的地方也出現(xiàn)了相同的情況。兩條高密度測線均提示有不整合接觸的情況,并且兩條聯(lián)合剖面又可很明顯的看出斷裂帶的走向,再結(jié)合沖溝的形態(tài)基本可以斷定隱伏構(gòu)造的存在性是肯定的并且其位置也基本可以確定了?？紤]到群眾的用水需求和成井的施工方便,筆者擬定2號剖面的252315m 之間為鉆孔位,并做了激電測深。測深視電阻率、視極化率雙對數(shù)曲線圖見圖3。圖3 擬定井位電測深曲線圖Fig.3 Curve of the well position using IP通過測深曲線可以看出有4060m 之間為一淺層富水帶,推斷此處可能會有少量泥質(zhì)充填,保

16、守估計為中等富水帶;100180m 為一平緩富水帶此處泥質(zhì)物較少,水量較為充足,結(jié)合該地區(qū)已有井的情況來分析,此層位也是中等富水帶。最終成井深度為130m,出水層位分別為43m 和105m,涌水量1440m 3/d,完全滿足了當(dāng)?shù)乩习傩盏纳罴肮喔扔盟?61#宋洪偉等#超高密度電法和激電法在河北某地找水實例分析 水文水資源2.2 B 村找水實例該村位于太行山山前半丘陵區(qū),村莊第四系覆蓋較厚(20m,地表基本看不到基巖出露。村中有一條南北向小河縱貫村莊,河中水量較少,匯水條件不甚理想,河邊有一深井,為干孔,可以推斷該河為季節(jié)性河流,在少雨季節(jié)時干涸,多雨季節(jié)匯集有限水量。因此,在該村的地下水勘

17、查工作應(yīng)以圈定破碎富水帶走向為重點。由于村中小河與農(nóng)田相距較遠(yuǎn),且河水量基本可以滿足村民生活用水,所以考慮到為了解決老百姓實實在在的灌溉困難,筆者將工作重點區(qū)定在了村莊的東南面農(nóng)田中。在搜集了當(dāng)?shù)匾延泄喔染馁Y料以后,最終在兩口已知井的連接線延長約150m 的地方垂直兩口井的連線做了一條5個點的激電測深剖面,點距約為70m;根據(jù)激電測深剖面又與之平行的布置了一條超高密度電法剖面,高密度剖面與電測深剖面相距150m 。兩條剖面電阻率斷面等值線圖見圖4。圖4 高密度及電測深電阻率斷面等值線圖對照Fig.4 Comparison of cross -s ection isograms of resi

18、stivity u singhigh den sity and IP在圖中很明顯看到超高密度電法的斷面圖在距離起點為250300m 之間等值線陡立,基本可以判斷下伏有基巖破碎異常。同時在激電剖面3號點處也出現(xiàn)等值線突然變陡的現(xiàn)象,將二者剖面異常位置相連接很容易推斷出破碎帶的走向。結(jié)果推斷破碎帶位置較井連線偏南約50m,走向基本與連井線平行,由此可以斷定已知井均打在了破碎帶的中心靠邊的位置,而真正的富水帶是在破碎帶的中心。因此,筆者將井位擬定在了高密度測線280m 處的位置上,設(shè)計井深120m,但在打井過程中未到百米涌水量就已經(jīng)非常之大,最終成井100m,涌水量超過4000m 3/d,得到了該村

19、村民的一致贊揚(yáng)。3 結(jié)論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)點為井位選取工作提供了可靠的理論指導(dǎo)。º在激電測深工作確定有水、無水,巖溶裂隙充填物的性質(zhì)、富水情況,除根據(jù)電測深的曲線形態(tài)進(jìn)行分析外,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,才可提高解釋判斷的準(zhǔn)確性。»超高密度電法儀因其多通道同時采集數(shù)據(jù)的工作方式顯著提高勘探效率,操作方便簡單,在進(jìn)行定性圈定潛伏構(gòu)造的工作中有著一定的優(yōu)勢,是一個在今后的水工環(huán)物探發(fā)展中值得我們關(guān)注的一種勘探形式。

20、參考文獻(xiàn)(Refer ences: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.(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 李金銘.地電場與電法勘探M .地質(zhì)出版社,2005:208-215.(LI Jin -ming.Electric Field and Electrical Pr

21、ospectingM .Ge -ology Press ,2005:208-215.(in Chinese3 劉云禎.工程物探新技術(shù)M .地質(zhì)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 劉曉東.高密度電法在工程物探中的應(yīng)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 葉明金,吳述來,廖建龍.湘西龍溪塘地區(qū)直流激電找水應(yīng)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