摘 要：新鄭地區(qū)上部存在著巨厚的第四系及新近系地層，對(duì)電法勘探來(lái)說(shuō)為不利的低阻屏蔽層，通過(guò)在低阻屏蔽層下尋找?guī)r溶水遇到的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)例介紹了電法勘探儀器參數(shù)設(shè)置方法，野外施工中遇到的導(dǎo)線漏電問(wèn)題處理方法，觀測(cè)數(shù)據(jù)離散情況下原始數(shù)據(jù)采集處理方法，從以往電法勘探施工實(shí)例講述了勘探測(cè)線測(cè)點(diǎn)間距大小選區(qū)取方法，講述了電法勘探結(jié)果的多解性及需要注意的問(wèn)題。從測(cè)點(diǎn)單支曲線特征、測(cè)線剖面上反映特征以及確定井位的方法，提出了以后在該區(qū)物探工作測(cè)點(diǎn)間距的建議，對(duì)電法勘探的體積效應(yīng)提出了自己見(jiàn)解，對(duì)以后在華北地區(qū)巖溶水的分布規(guī)律有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)以后在華北地區(qū)尋找?guī)r溶水提出了建議。

關(guān)鍵詞：直流電法;低阻屏蔽層;巖溶水

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.26.311

1 引言

新鄭卷煙廠建廠初期為了滿足煙廠供水需求，委托河南某物探隊(duì)首先進(jìn)行了二維地震勘探，然后又進(jìn)行了直流電法勘探、激電測(cè)深等方法，最終確定井位，施工了1#供水井，最終成井深度740m，水井出水量為30m3/h，這樣的出水量滿足不了煙廠供水需求。因此，卷煙廠又委托河南煤田地質(zhì)局一隊(duì)幫著他們解決供水問(wèn)題。我們接到任務(wù)后，通過(guò)卷煙廠向原物探單位獲取了地震勘探資料成果資料、直流電法勘探資料、激電測(cè)深等原始資料，通過(guò)對(duì)1#水井物探資料的分析，結(jié)合新鄭煙廠區(qū)所處水文地質(zhì)條件，我們僅采用直流電法勘探方法在該區(qū)確定了2#水井井位，最終成井深度520m，水井出水量達(dá)到了400m3/h，其中水井自流流量就達(dá)到150m3/h。在同一個(gè)地區(qū)確定的井位，水井出水量怎么能有如此大差別呢？最根本問(wèn)題是物探方法運(yùn)用及物探資料解釋上出現(xiàn)了偏差等原因造成的。下面結(jié)合我們?cè)谠搮^(qū)運(yùn)用直流電法找水實(shí)例說(shuō)明電法勘探的方法和在電法勘探工作中遇到的問(wèn)題及處理方法以供電法勘探工作者探討。

2 工作區(qū)地質(zhì)背景、水文地質(zhì)條件及構(gòu)造特征

2.1 地質(zhì)背景

新鄭煙廠區(qū)位于新鄭市區(qū)東南，地層分區(qū)上屬華北平原區(qū)豫東小區(qū)，該區(qū)上部全部被第四系地層覆蓋，第四系及新近系地層厚度約380m，巖性以黏土、砂質(zhì)黏土為主夾粉、細(xì)砂層，下部為石炭、奧陶、寒武系地層。其中石炭系地層巖性以砂質(zhì)泥巖及灰?guī)r為主，平均厚度86m，奧陶系地層巖性以灰?guī)r為主，平均厚度55.0m，寒武系長(zhǎng)山組地層巖性以灰?guī)r為主，平均厚度154m。本區(qū)第四系及新近系雖然有粉、細(xì)砂含水層，如果取該含水層水存在與地方水井相互影響的問(wèn)題，并且該含水層水井單井出水量不能滿足供水需求。因此，電法勘探目的層位是深部石炭系、奧陶系、寒武系灰?guī)r含水層，尋找灰?guī)r巖溶水。

2.2 水文地質(zhì)條件

新鄭煙廠區(qū)位于新鄭礦區(qū)東部平原區(qū)，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)圖，新鄭煙廠區(qū)水文地質(zhì)單元上位于超化-辛店-李良店水文地質(zhì)亞區(qū)的東段，該亞區(qū)地勢(shì)西高東低，南高北低。西部為低山丘陵，東部為崗地和平原。地層走向大致為北西-南東，傾向以北東為主，西部寒武、奧陶系灰?guī)r出露較好，出露面積約30Km2，為地下水補(bǔ)給區(qū)，地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水，地下水流向自西向東，多沿?cái)嗔褞м熈?，較大斷裂帶是地下水的主要逕流帶。地下水自西向東逕流過(guò)程中，在地形及構(gòu)造適合的地帶，以泉的形式，部分排泄于地表。

2.3 構(gòu)造特征

新鄭煙廠區(qū)構(gòu)造位置上位于新密復(fù)向斜的東段，新密復(fù)向斜為一西窄東寬，軸向近東西，西端仰起，東端傾伏的復(fù)式向斜構(gòu)造，向斜東段發(fā)育有滹沱背斜，煙廠區(qū)就位于滹沱背斜的東北翼，大隗正斷層的下盤。大隗斷層走向東西，傾向北，為一南升北降的正斷層，落差西大東小，落差400-1000m，斷層帶厚，擠壓破碎嚴(yán)重，具強(qiáng)導(dǎo)水性。新鄭煙廠附近還發(fā)育北西向斷層，這些斷層破碎帶及斷裂帶受力破壞位置形成地下水主要通道。在新鄭礦區(qū)的東部發(fā)育有軸向?yàn)楸睎|-南西走向的八千背斜，八千背斜對(duì)地下水的逕流又起了阻擋作用，改變了地下水的流向，由于構(gòu)造影響及含水層賦存特征，該區(qū)巖溶水含水層為承壓水含水層，使得該區(qū)西部以往施工的勘探鉆孔時(shí)有涌水情況的發(fā)生，施工的水井也有自流井，許多地方地下水以泉的形式排泄。

3 直流電法勘探工作方法

3.1 地層地球物理特征

新鄭煙廠區(qū)上部為第四系及新近系地層，巖性主要為黏土層，砂質(zhì)黏土層，粉細(xì)砂層等，根據(jù)在該區(qū)的測(cè)井資料，該區(qū)上部地層中黏土層電祖率較低，一般10-40Ω·m，粉砂電祖率一般40-50Ω·m，細(xì)砂電祖率一般在50-80Ω·m，下部為石炭系泥巖及砂質(zhì)泥巖，電阻率一般在80-120Ω·m，石炭系灰?guī)r電祖率值一般大于500Ω·m，一般在200-800Ω·m，石灰?guī)r電阻率變化較大，這與灰?guī)r含水性密切相關(guān)，灰?guī)r含水，電祖率值明顯變低。本區(qū)上部第四系及新近系的黏土及砂質(zhì)黏土層視電阻率值較低，在直流電法勘探中，對(duì)電法勘探起到了不利的屏蔽作用，隨著勘探深度的增加，測(cè)得的電位差值很小，往往1mv以下，即使提高供電電壓，增加供電電流，效果也不是很明顯。本區(qū)的下部灰?guī)r與上部砂泥巖地層電阻率差異，以及含水灰?guī)r與不含水灰?guī)r電性差異是本區(qū)電法勘探的理論基礎(chǔ)，直流電法勘探找水就是利用這個(gè)電性特性差，電性異常判斷地層富水型特征。在下部高阻的灰?guī)r中尋找低阻地段，是尋找?guī)r溶水最主要的方法。瞬變電磁勘探方法，尋找?guī)r溶水也是利用高阻中找低阻，尋找?guī)r溶水。

3.2 物探方法選擇及測(cè)量?jī)x器參數(shù)設(shè)置

直流電測(cè)深法是以地下巖（礦）石的電性差異為基礎(chǔ)，人工建立地下穩(wěn)定直流電場(chǎng)或脈動(dòng)電場(chǎng)，通過(guò)逐次加大供電（或發(fā)送）與測(cè)量（或接收）電極極距，觀測(cè)與研究同一測(cè)點(diǎn)下垂直方向不同深度范圍巖（礦）層電阻率的變化規(guī)律.以查明礦產(chǎn)資源或解決與深度有關(guān)的各類地質(zhì)問(wèn)題的一組直流電法勘查方法。通過(guò)分析電測(cè)深曲線來(lái)了解測(cè)點(diǎn)下部垂向變化的地質(zhì)情況。其原理已經(jīng)很成熟，測(cè)量裝置一般采用對(duì)稱四極裝置或三極裝置，有一對(duì)供電電極，一對(duì)測(cè)量電極，布極方法根據(jù)地形、地質(zhì)構(gòu)造條件選擇布置，一般垂直構(gòu)造走向布置，在此不在贅述。

新鄭卷煙廠位于新鄭市區(qū)，地形較平坦，但地面建筑物較多，依據(jù)地形及地物條件，決定采用直流電法，采用三極電測(cè)深裝置。

電法勘探工作使用TD-3型數(shù)字直流電法儀，供電及測(cè)量電極均使用銅電極，測(cè)線垂直地層及斷層走向，沿近南北方向布置，無(wú)窮遠(yuǎn)極垂直測(cè)線方向，布置在西部，無(wú)窮遠(yuǎn)極距離取供電最大供電極距OA的5倍，布置的位置距測(cè)點(diǎn)5000m。為了提高地下異常的探測(cè)精度及靈敏度，供電和測(cè)量極具AB/MN采用10/1，根據(jù)新鄭煙廠區(qū)目的層深度埋深特征，最小供電極距OA采用100m，最大供電極距OA 1000m。采樣點(diǎn)采用八階等比極距。供電電源使用直流干電池組，最大供電電壓達(dá)600V。

電法勘探中采用的電法勘探儀器測(cè)量參數(shù)設(shè)置直接影響到測(cè)量結(jié)果，選擇合適的采樣參數(shù)能夠真實(shí)的反映地下異常。實(shí)際工作中，電法勘探測(cè)量時(shí)儀器采樣參數(shù)設(shè)置如下： TIME-發(fā)射和張弛時(shí)間800ms，V-DELY-為一次場(chǎng)第一個(gè)點(diǎn)采樣延遲時(shí)間取200ms，M-DELY-二次場(chǎng)第一個(gè)采樣延遲時(shí)間取250ms，M-END-二次場(chǎng)第一最后一個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)間取300ms，M2-END-二次場(chǎng)最后一個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)間取350ms。（各參數(shù)意義指示的意義見(jiàn)圖1。）

3.3 電法勘探野外施工及資料處理過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題及處理方法

3.3.1 導(dǎo)線漏電問(wèn)題

直流電測(cè)深法遇到的首要問(wèn)題是供電導(dǎo)線及測(cè)量導(dǎo)線的漏電問(wèn)題，無(wú)論是采用單根背覆線還是采用多股供電電纜，施工過(guò)程中供電導(dǎo)線及測(cè)量導(dǎo)線出現(xiàn)漏電，相當(dāng)于供電增加了供電點(diǎn)，測(cè)量電極增加了測(cè)量電極，實(shí)際上是供電極距和測(cè)量極距都已經(jīng)不是設(shè)計(jì)的電極距了。這樣就改變了電法勘探的模型，電法勘探是基于地下半球體空間而建立的一個(gè)勘探模型，漏電改變了原勘探模型中的電流分布形態(tài)，造成實(shí)際測(cè)量的地下半球體模型和理想的電法勘探模型的差距，因此造成測(cè)量結(jié)果的偏差，甚至完全錯(cuò)誤，導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)曲線畸形，影響測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性。

3.3.2 供電或測(cè)量極距錯(cuò)誤的問(wèn)題

在施工過(guò)程中供電極距或測(cè)量極距錯(cuò)誤問(wèn)題非常普遍，極距錯(cuò)誤造成探測(cè)結(jié)果的錯(cuò)誤，測(cè)深曲線出現(xiàn)畸變，直接影響資料解釋的的偏差。這個(gè)問(wèn)題在施工過(guò)程中很容易發(fā)現(xiàn)，每個(gè)極距測(cè)量完畢，及時(shí)回放測(cè)深曲線，看測(cè)量成果曲線是否光滑，漸變，測(cè)量值是否有突變，如果有異常，及時(shí)與放線布極人員核對(duì)極距是否錯(cuò)誤。以便獲得真正的勘探成果野外資料。

3.3.3 野外觀測(cè)數(shù)據(jù)離散情況下數(shù)據(jù)取舍方法

新鄭煙廠區(qū)第四系及新近系覆蓋層厚度達(dá)380m，地下水位較淺，上部形成低阻屏蔽層，是直流電測(cè)深勘探的不利因素，再加上工業(yè)離散電流的干擾，測(cè)量電位差往往比較低，在1mv以下，這樣就導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)比較離散。測(cè)量結(jié)果取值直接偏差直接造成導(dǎo)致成果解釋資料的誤差，甚至錯(cuò)誤。在這種情況下如何正確獲得真實(shí)可靠的測(cè)量成果資料是直流電法勘探最終解釋成果正確與否的關(guān)鍵。在實(shí)際工作中僅測(cè)量一兩次是不行的，需要采取多次觀測(cè)，對(duì)每次觀測(cè)結(jié)果采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，取測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)頻數(shù)最高的值作為觀測(cè)值，因?yàn)檎鎸?shí)的數(shù)據(jù)即使在離散狀態(tài)下，也必然符合正態(tài)分布的原則，取集中度最高的數(shù)值作為觀測(cè)結(jié)果，確保了數(shù)據(jù)的真實(shí)性。確保電法勘探的總精度，無(wú)位均方相對(duì)誤差m控制在±1.5以內(nèi)。

3.3.4 測(cè)點(diǎn)間距選擇問(wèn)題及電法勘探體積效應(yīng)

電法勘探找水，勘探布置往往都是布置幾條勘探測(cè)線，最終形成勘探網(wǎng)。而每條勘探測(cè)線上勘探點(diǎn)距的大小直接影響著最終勘測(cè)成果。一般采取先疏后密，最后重點(diǎn)加密的方法。在實(shí)際工作中，根據(jù)我們的實(shí)際測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，測(cè)點(diǎn)布置最開(kāi)始布置為間距100m，在測(cè)量結(jié)果有異常地段進(jìn)行加密測(cè)量點(diǎn)，首先加密至50m間距，再增加到25m間距，最終井位確定時(shí)觀測(cè)點(diǎn)間距達(dá)到12.5m。

3.3.5 電測(cè)深資料多解性處理

電測(cè)深觀測(cè)數(shù)據(jù)資料是地下半球體空間的綜合反映，具有多解性，如何去偽存真是資料解釋的基礎(chǔ)，物探資料解釋的關(guān)鍵是要與地質(zhì)相結(jié)合。新鄭卷煙廠1#井出水量小的問(wèn)題，就是忽視了資料的多解性，從原始測(cè)深資料及激電測(cè)深資料看，原測(cè)深資料最大極距為750m，從單點(diǎn)測(cè)深曲線看，尾部曲線沒(méi)有起來(lái)，也就是說(shuō)深度不夠，最后測(cè)深極距需要增加，確保單點(diǎn)測(cè)深曲線解釋成果有對(duì)比標(biāo)志。從激電測(cè)深曲線上看，所獲得的激電資料確實(shí)比較好，所測(cè)得極化率，激發(fā)比較高，僅憑這些就判斷該測(cè)深點(diǎn)是富水是比較武斷的，沒(méi)有結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，沒(méi)考慮到電法勘探資料畢竟是間接勘探，勘探資料具有多解性，新鄭地區(qū)下部存在石炭系地層，石炭系地層的泥巖中含較多的硫鐵礦物質(zhì)，硫鐵礦物質(zhì)會(huì)影響激電測(cè)深的激電參數(shù)，激化率和激發(fā)比，誤把硫鐵礦對(duì)極化率的影響當(dāng)作是地下水的反映，造成最終成井出水量不理想的結(jié)果。

4 直流電測(cè)深在新鄭煙廠供水中具體應(yīng)用

4.1 直流電測(cè)深測(cè)點(diǎn)單支曲線繪制及分析方法

直流電測(cè)深工作首先獲得的是單個(gè)測(cè)點(diǎn)某個(gè)極距的視電祖率值，然后以極距為橫坐標(biāo)，祖率值為縱坐標(biāo)，將所測(cè)得的視電阻率值繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，各極距視電阻率值連線即為測(cè)點(diǎn)單支測(cè)深曲線，根據(jù)該區(qū)地質(zhì)資料，新鄭煙廠區(qū)目的層位是石炭系、奧陶系、寒武系石灰?guī)r，其埋藏深度在380m以下，從單支測(cè)深曲線上就去尋找目的深度范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的曲線斜率最小的測(cè)點(diǎn)，對(duì)新鄭煙廠區(qū)來(lái)說(shuō)最主要關(guān)注的是421.17～750.00極距段曲線斜率。斜率低，說(shuō)明這段電祖率低，應(yīng)該是富水反應(yīng)。下部不含水段單支曲線尾支近45度上升。

4.2 測(cè)線視電阻率剖面繪制及分析方法

為了便于分析對(duì)比，以各測(cè)點(diǎn)間距為橫坐標(biāo)，各極距為橫坐標(biāo)，將各測(cè)點(diǎn)相應(yīng)的極距視電阻率值標(biāo)在相對(duì)位置上，然后把等值的視電阻率值進(jìn)行連線，得到視電阻率剖面，如圖3為新鄭煙廠供水井位所在測(cè)線的視電阻率剖面。測(cè)點(diǎn)基本間距50m，在視電阻率變化異常處進(jìn)行了加密，測(cè)點(diǎn)間距12.5-25m之間。從剖面上看（圖2）大體上以316.23極距為中心剖面分上下兩部分，煙廠區(qū)基巖界面深度在380m左右，根據(jù)電法勘探深度理論，對(duì)應(yīng)的極距大約在421.71極距，而750m極距以下視電阻率曲線比較平緩，沒(méi)有太大變化，目的層位對(duì)應(yīng)的極距在421.71-750m極距之間，視電阻率值較低的位置在測(cè)點(diǎn)5-8點(diǎn)之間，而變化較大的位置分別在測(cè)點(diǎn)5和測(cè)點(diǎn)7/8，綜合分析單點(diǎn)測(cè)深曲線斜率，最終井位確定在7/8測(cè)點(diǎn)位置。該點(diǎn)單點(diǎn)測(cè)深曲線目的層位置斜率較低，剖面上視電阻率異常，綜合分析，該處應(yīng)該是本區(qū)的巖溶發(fā)育位置，導(dǎo)水通道。

4.3 鉆探驗(yàn)證及測(cè)井

井位確定后進(jìn)行鉆探施工，在鉆探過(guò)程中，見(jiàn)基巖后取芯，巖溶比較發(fā)育，其間鉆探過(guò)程中還有幾次掉鉆現(xiàn)象。鉆探結(jié)束后進(jìn)行了測(cè)井工作，利用數(shù)字測(cè)井測(cè)了視電阻率、短源距、長(zhǎng)源距，自然電位、井徑等曲線，最終測(cè)井成果，在420m左右見(jiàn)基巖，巖性為石灰?guī)r。石灰?guī)r視電阻率不含水時(shí)比較高，因巖溶發(fā)育，電阻率曲線呈鋸齒狀，長(zhǎng)源距密度曲線也有反應(yīng)，幾個(gè)巖溶發(fā)育位置反應(yīng)明顯，相應(yīng)位置井徑曲線也有井徑變大的反應(yīng)。測(cè)井曲線上反映自420-490m段巖溶比較發(fā)育，巖溶發(fā)育位置與鉆探過(guò)程中掉鉆位置相吻合。

5 結(jié)語(yǔ)

直流電法勘探理論比較成熟，在實(shí)際工作中應(yīng)充分了解所用儀器性能，合理設(shè)置測(cè)量參數(shù)，在施工過(guò)程中需要在數(shù)據(jù)采集時(shí)需要把好質(zhì)量關(guān)，確保是地質(zhì)體的真實(shí)反映，在資料處理時(shí)需要緊密與地質(zhì)相結(jié)合，這樣才能提高資料解釋正確的概率，減少因多解性造成的錯(cuò)誤。在華北巖溶地區(qū)物探勘探施工時(shí)需要重視巖溶發(fā)育及分布規(guī)律，破除華北巖溶均是成層分布的誤解，以為只要打到層位就可以打到巖溶的錯(cuò)位認(rèn)知，華北地區(qū)巖溶通道也多屬于管道型，對(duì)電法勘探體積效應(yīng)有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的勘探方法，如瞬變電磁法，EH4音頻大地電磁測(cè)深法等，在物探找水方面都有很好的效果，需要考慮地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)條件，合理選擇好的方法進(jìn)行施工，才能取得良好的效果，以上觀點(diǎn)供業(yè)內(nèi)同行參考佐證。

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