趙金明，張妍軍，楊樹華

（濰坊市白浪河水庫運(yùn)營維護(hù)中心，山東 濰坊 261052）

通常情況下，天電儀工作時(shí)需要將電極插入地面以下濕潤土壤內(nèi)，讓金屬電極與大地發(fā)生足夠面積的可靠接觸，才能獲取穩(wěn)定的電磁波參數(shù)。在工礦企業(yè)內(nèi)找水過程中往往遇到大面積的混凝土地面，如果不對混凝土覆蓋層開展測量可以用來打井的區(qū)域會(huì)很少，測量曲線越少可比性就越低，造成的結(jié)果就是成井率更低，甚至打干眼。以往在混凝土覆蓋層上測量都是在插入電極的位置用沖擊鉆打孔，孔徑大于電極直徑，打透混凝土后插入電極，間隔2.5～5 m 連續(xù)沿直線進(jìn)行打孔，破壞混凝土結(jié)構(gòu)，增加工作量，工作效率很低。通過反復(fù)試驗(yàn)研發(fā)出了一種能夠在混凝土地面上進(jìn)行操作的裝置，可以實(shí)現(xiàn)在混凝土地面上開展無損傷探測。

1 工作原理

天電儀利用天然電磁波從地層反射到地面的強(qiáng)度來反映地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，從而分析有無裂隙密集帶、構(gòu)造斷層、砂礫石層、從而間接找出含水層。電極不需要向地下供電，僅僅是起接收電磁波的作用（類似于無線電接收天線）。混凝土地面一般厚度20～40 cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到地質(zhì)結(jié)構(gòu)的厚度，形不成電性層，地下反射上來的電磁波可以直接穿透混凝土到達(dá)地面，只要能采集足夠的強(qiáng)度到儀器內(nèi)就能完成該點(diǎn)位0～500 m 不同深度的測量取值。這就為發(fā)明該裝置提供了理論依據(jù)。電極的尖頭跟混凝土接觸面積太小只有2～3 mm2（甚至更低），沒有足夠強(qiáng)度的電磁波接收到儀器內(nèi)，這是無法在混凝土上開展測量的根本原因。只要增加電極和混凝土的接觸面積就能采集到足夠的電磁波信號(hào)。該裝置將儀器與混凝土表面的接觸面積提高到了17 662 mm2。

2 制作工藝及使用方法

1）圓柱形外殼。用PVC 管制作，長度350 mm、內(nèi)徑150 mm（外徑1 600.5 mm），350 mm 長度是參考了野外電極打入地下的深度，內(nèi)徑150 mm主要是考慮裝置的穩(wěn)定性。

2）底部封口。在PVC 管下端距離管口20 mm處和30 mm 處用萬能膠粘上10 mm 寬、3 mm 厚的皮質(zhì)防滑條。將密實(shí)度好、強(qiáng)度高且透水性好的細(xì)帆布剪成直徑250 mm 的圓形，周邊鎖邊。在兩處防滑條的上端分別用不銹鋼扎帶把布料封堵在管口上。

3）內(nèi)部填充。在PVC 管內(nèi)部注入細(xì)沙。細(xì)沙的作用既模擬了電極插入地面的接觸效果，又方便電極插入。

4）頂部封口。將內(nèi)徑160 mm 的PVC 管堵，中間鉆直徑40 mm 的圓孔，圓孔內(nèi)插入長度100 mm外徑40 mm 的PVC 細(xì)管作為測量電極插孔，細(xì)管插入深度為管長的一半。將安裝上電極插孔的管堵用萬能膠封裝在PVC 上部管口。

5）提手安裝。將金屬片或塑料片上部打孔下部用萬能膠粘接在頂部封口的兩側(cè)，將軟繩固定在金屬片或塑料片小孔上形成提手，方便使用。

6）使用方法。使用時(shí)通過PVC 測量電極插孔向裝置內(nèi)適量注水，注水量以保持下部布料濕潤為好，將裝置底部中心放置在測點(diǎn)上，從孔內(nèi)插入電極即可測量讀數(shù)。

7）注意事項(xiàng)。準(zhǔn)備一個(gè)內(nèi)徑40 mm 的PVC管堵，不工作時(shí)封住管口防止裝置傾斜時(shí)細(xì)沙流出。使用過程中注意隨時(shí)補(bǔ)充水分，保持底部布料濕潤。電極插孔具有多重作用：一是方便電極快速插入裝置內(nèi)部；二是作為向內(nèi)補(bǔ)水的注水口方便補(bǔ)水；三是可以起到穩(wěn)定電極垂直度的作用。底部封口布料的選用至關(guān)重要，是通過多次試驗(yàn)選定的，需要利用布料的柔性特點(diǎn)、透水特點(diǎn)方可實(shí)現(xiàn)筒內(nèi)濕砂與混凝土表面的完整貼合。這是鋼絲網(wǎng)等硬性材料無法比擬的。

3 成功案例

該裝置在濰坊市、萊州市進(jìn)行了多次對比試驗(yàn)。 試驗(yàn)用的天電儀為普奇PQWT150、PQWT300、PQWT500 型物探找水儀，試驗(yàn)極距全部按10 m、點(diǎn)距2.5 m，分別利用沖擊鉆打孔和直接利用本裝置進(jìn)行對比。試驗(yàn)結(jié)果非常理想，三頻曲線、多頻曲線以及剖面圖吻合度達(dá)到95%以上。5%的比對差別不影響對地質(zhì)情況的定性分析。

該裝置逐步在瀝青地面、巖石裸露等不能插入電極的地方進(jìn)行推廣使用，效果很好，具有較高的推廣價(jià)值。

1）成功案例一。為濰坊市坊子區(qū)涌泉社區(qū)某商混生產(chǎn)企業(yè)探測找水，該企業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)南北長度約250 m、東西長度約380 m，占地面積約9.5萬m2，除廠區(qū)西側(cè)和南側(cè)各有5 m 寬的綠化帶，其余位置不是廠房就是混凝土地面。首先，按照廠方要求沿綠化帶進(jìn)行測量，為了增加測點(diǎn)數(shù)量，按照2.5 m 點(diǎn)距進(jìn)行了測量共計(jì)測量點(diǎn)位630 多個(gè)，經(jīng)三頻圖和剖面圖全面分析后效果不理想，所有測點(diǎn)全部表現(xiàn)為深色礦物質(zhì)較多的片麻巖偶有膨潤土夾層，這在物探找水中很容易判定為貧水區(qū)。于是用該裝置在廠區(qū)混凝土地面上開展了南北方向的8 條測線，點(diǎn)距依然采用2.5 m，共測量點(diǎn)位800 多個(gè)，從中在最東邊測線的11 號(hào)點(diǎn)位和東數(shù)第6 條測線的1 號(hào)點(diǎn)位之間發(fā)現(xiàn)了一條東南—西北走向的高阻帶，經(jīng)復(fù)測一致性非常好，考慮是存在大理巖巖脈，這種大理巖巖脈和圍巖的上下面接觸帶都是較好的含水層、大理巖主要成分是碳酸鈣極易發(fā)生溶蝕發(fā)育成溶隙，因此成井的概率極高。最終將井位定在了最東側(cè)測線的13 號(hào)點(diǎn)，該位置位于廠區(qū)東側(cè)成井后不影響生產(chǎn)活動(dòng)。隨后打井隊(duì)進(jìn)駐廠區(qū)將井位處混凝土地面開鑿出0.6 m 直徑的工作面進(jìn)行鉆孔，35 m 出水130 m 達(dá)到水量峰值，終孔深度180 m，每小時(shí)出水量35 m3左右，為企業(yè)解決了生產(chǎn)用水難題。

2）成功案例二。為濰坊市臨朐縣某生豬養(yǎng)殖場探測找水，該養(yǎng)殖場所在區(qū)域?yàn)槭規(guī)r地區(qū)，為了在生豬價(jià)格上漲的行情中創(chuàng)造更好的效益，該養(yǎng)殖場存欄數(shù)增加了一倍，豬舍建好后水不夠用了，廠區(qū)內(nèi)也都硬化了，可供測量的地方僅有廠區(qū)外側(cè)1～2 m 的周邊地帶，沿廠區(qū)兩側(cè)測量一遍后效果并不理想，石灰?guī)r地區(qū)找水必須找到溶隙發(fā)育比較好的地層或者有斷層的地方才能出水，否則極有可能就是干眼。為了解決豬舍用水在場區(qū)混凝土地面進(jìn)行無損傷找水，采用2.5 m點(diǎn)距，在5 排豬舍之間空地上進(jìn)行逐行測量，結(jié)果在其中一條線上出現(xiàn)了明顯的低至區(qū)，在三頻折線圖上反映的是明顯的低谷，在剖面圖上反映的是與周邊紅色有顯著色差的藍(lán)色低值條帶，為確保萬無一失，又進(jìn)行了復(fù)測，養(yǎng)殖場工人又用沖擊鉆在該測線上低值點(diǎn)兩側(cè)打孔進(jìn)行了局部復(fù)測，三次測量結(jié)果完全吻合。后來跟蹤回訪，養(yǎng)殖場老板介紹說，水井水量非常大達(dá)到了每小時(shí)40 m3以上，鉆井過程中出現(xiàn)了進(jìn)尺突進(jìn)現(xiàn)象，突進(jìn)的部位就是溶隙發(fā)育非常好的含水層，跟物探測量結(jié)果完全一致。

3） 在混凝土地面上利用該裝置進(jìn)行無損傷探測類似的成功案例還有很多。在王氏組紅板巖地區(qū)和青山組凝灰?guī)r地區(qū)找局部高值裂隙密集帶含水層，在花崗巖地區(qū)找地質(zhì)斷裂帶和低值裂隙密集帶含水層，在玄武巖地區(qū)找低值裂隙密集帶含水層，在變質(zhì)巖地區(qū)找脆性巖石裂隙密集帶含水層都有非常好的表現(xiàn)。