河南省豫北水利勘测设计院 河南南阳 455000
摘要：测区位于豫北太行山前冲洪积扇中部。由于其特殊的地层结构致使目的村庄附近机井成井率很低，结合地质条件和电性特征采用高密度电法与激电半衰时进行井位的探查，确定单井涌水量在45m³/h左右，满足了业主的需求，为以后工作积累了经验。
关键词：高密度电法；勘探；物探；半衰时；
引言
在找水物探方法中，电法是最常用也是最直接的地球物理勘探方法。常用的方法为电阻率法、激电测深、瞬变电磁、方法等。本文根据实际任务需求，在有第四系覆盖层的第三系深厚泥岩区域，采用高密度电法剖面和激电测深两种方法相互验证，避开了浅层砾岩溶洞区，找到中深部的富水低阻带，最终确定井深为140m、出水量为45m³/h的井位，满足了业主的需求。
1.基本原理
常规电法的基本工作原理是通过 A 、B 电极向地下供电流I ,然后在 M、N 极间测量电位差 V ,从而可求得该点(M、N 之间) 的视电阻率值。根据实测的视电阻率进行计算、分析 ,便可获得地层中的电阻率分布情况 ,从而可以划分地层 ,确定异常地层等。
高密度电法是许多普通电法排列、测点的集合 ,通常将许多电极(一般为60个) ,按一定极距(一般为1～10 m)排列 ,通过电缆、开关控制箱与测量仪器相连。测量仪器通过指令控制开关控制箱，以一定的排列顺序将电极转换成供电电极或测量电极。本方法是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法,根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律,推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况，其原理是地下介质间的导电性差异其水平和浅层分辨率较高。
激发极化法具有不受地形起伏及围岩电性不均匀影响的特点，对相对富水带和埋深反映直观，激发电位的衰变特性与地下水关系密切，即地层含水性越好二次电场电位衰减越慢。比较成熟的两个参数是视极化率M和半衰时TH，其它的参数进行辅助研判。
2.区域水文地质条件
测区位于豫北太行山前冲洪积扇中部，受地壳抬升和山前断裂影响，冲洪积扇中深部沉积有广泛的第三系泥岩层，且厚度可达100～600m，一般认为是相对隔水层，仅局部存在砂岩层或断裂带较为富水。其上覆为第四系冲洪积卵、砾石层，较为富水，为浅层潜水。根据对村子周围进行调查，砾岩层贯通性溶洞较为发育，在测区主要表现为地下暗河，直接径流下泄，导致测区范围不在暗河附近的水井水量小或干孔。而直接打在暗河上的机井丰水期水量丰富，枯水期无水或水量变小，且施工过程中容易产生掉钻和卡钻头等，增加了成井风险。因此该区域一般为浅井，枯水期水量不够用。而在测区西北约150m位置，有180m深机井，水量很小，满足不了需求。
3.测区电性特征
第四系覆盖中土层视电阻率一般为20～50Ω·ｍ之间，砾岩为200-500Ω·ｍ之间,泥岩为10～40Ω·ｍ之间。半衰时富水异常一般在800ms以上，低于800ms一般认为不富水或含水少。
4.工作方法
根据调查，在上游来水较小时，测区河段基本无明流，仅在来水较大时才有明流出现。而工作时测区河段有明流，说明地下暗河已被水充填。本次使用仪器为WDJD-4型多功能数字直流激电仪和WGMD-4型高密度电法测量系统，同一套设备多种方法进行验证本次勘察使用装置为：点距8 m、54个电极、排列长432m ,滚动覆盖α排列 (温纳装置)、AMN排列和MNB排列。
首先，采用60道电极布设高密度线4条。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆每条线均采用温纳、AMN和MNB进行浅部和中深部探测。经过综合分析，电阻率成像反演出了浅层低阻异常带和中深部低阻异常带。初步选定1#线24点（1#线232m处）作为拟选井位。
然后在232m处进行激电测深，AB/2=40m～200m，经分析视电阻率曲线呈D型电性分层。30m以深至80m电阻率由120Ω·m降至80Ω·m，与高密度剖面基本对应，其TH值基本在800ms～1000ms，其富水性一般，结合区域地质资料，可能为泥岩地层的反应。在100m～160m有异常抬高，电阻率降至50Ω·m以下，TH值达到1200ms～1700ms，推断其为破碎带或裂隙发育的砂岩，富水性较高。根据地区经验进行深度折减后认为在90m～130m深度会见富水层位，设计井深为150m。
5.实际打井效果分析
在物探成果提交后约1周，机井开始施工。第3天钻至20m左右钻头突然下沉0.5m，遇见溶洞，穿过后对此段进行封闭；第2周钻至89米，出现漏浆现象，但不严重；第4周钻至120m漏浆严重，钻至140m我方建议终孔，进行抽水试验。
0-2m Q 粉质粘土
2-25m Q 砾岩层（见0.5m洞）
25-90m Q 卵石、砂及粘性土互层，局部胶结（含水一般）
90-140m N 第三系泥岩、砂质泥岩和钙质泥岩，120m处钻进速度明显加快。
根据实际打井情况，溶洞出现层位在1#高密度剖面深度20m水平向为高阻-低阻-高阻转换部位，且靠近高阻区。因此溶洞规模发育略小，若向低阻再靠近，则会出现大型的溶洞，对成井造成影响。在打至80m时水量较小，业主一度要求停钻，要求复核物探资料，在坚持打至120m水量明显，单井涌水量达到45m³/h，目前机井已经过一个水文年的用水考验。达到了业主的在枯水期仍能有充足水量的用水需求，业主很满意。
6.经验总结
物探找水，是一项很严肃的问题。既不能全部相信经验、也不能相信仪器。要找到一个适宜的井位，需要做以下工作：一是充分收集和了解区域水文地质资料。包括地质构造、地层岩性、富水程度等，对测区周边构造和地质条件有整体的了解和推测；二是充分了解周围成井情况。凡是需要找水的地方，一般都有比较特殊的地质构造，比如地垒、天窗、侵入岩、煤系地层、第三系深厚沉积泥岩等，区域地质资料不一定有详细的揭露。这就需要通过已有机井成井情况来了解测区的水文地质概况，进而推断下一步采取何种方式进行物探工作。三是根据测区人文设施情况，选择物探方法和工作方案。每一种物探方法都有其优点和局限性，更会受周围人文设施的影响，存在有假异常，尤其是电法和磁法。这就需要在物探前和物探过程中，准确了解测区内的高压线、地埋管线、周围厂房设施情况等，合理布置剖面和测线。四是物探方法之间要有目的性和验证性。本次采用的是高密度与激电测深相结合的方式。高密度电阻率成像可以很清楚的探测到浅层砾岩的分布、溶洞的发育情况，可以合理的避开大的溶洞和胶结较好的砾岩层。采用三极测量在150m深度范围内仍有比较清晰的电阻率成像。但电阻率成像仅能圈出低阻区，是否富水不能准确确定。而激电测深数据的提供的视电阻率、衰时TH和极化率等参数可以综合判定拟定井位的富水程度和大致埋深。
7.结束语
综上所述，在充分了解区域地质的前提下，调查已有机井的成井情况，再采用二种以上的物探方法和多参数综合求解，充分剔除假异常，这样才能准确的分辨测区的地质条件，准确推断富水层位的构造和地层情况，最终提高成井的概率。
作者简介：张振波 男 1966年02月，工程师，主要从事水利工程勘测工作。
论文作者:张振波
论文发表刊物:《建筑科技》2017年9期
论文发表时间:2017/10/18
标签：电阻率论文; 物探论文; 泥岩论文; 水量论文; 地层论文; 机井论文; 砾岩论文; 《建筑科技》2017年9期论文;