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贵州打井案例

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贵州黔东地区是典型的岩溶山区,受自然条件的影响,居民缺水问题十分严重,因此开发利用地下水资源是解决该区缺水长期而有效的重要途径之一。在黔东山区寻找地下水首先要根据水文地质条件圈定有利的地下水汇集区,然后再采用地球物理方法在有利的靶区内勘查含水断裂构造破碎带、裂隙带(低阻带),最后综合分析水文地质资料、物探资料,确定成井最有利的钻井位置。笔者通过参加近几年黔东地区的抗旱找水物探测量工作认为:在结合水文地质资料基础上,充分考虑山区地形起伏大、村庄电磁干扰强等因素,合理运用直流电法进行勘探,是岩溶山区寻找地下水资源最快捷有效的手段[1]。

    2 黔东地区水文地质、地球物理特征

    2.1 水文地质特征

    贵州打井黔东地区地层以碳酸盐岩为主,主要有三叠系、二叠系、奥陶系、寒武系灰岩、白云质灰岩、泥灰岩、白云岩、泥质白云岩、粉砂岩及页岩等。区内岩溶作用非常强烈,溶孔、溶隙、溶洞及地下暗河十分发育,地表水常通过裂隙、断裂、地表硝坑储存运移于地下,根据赋存形式和水动力特征将岩溶水分为溶孔—溶隙水、溶隙—溶洞水、溶洞—管道水三种[2]。在岩溶山区寻找地下水就是寻找埋藏较浅(0~150 m)、储存于表层岩溶带中的岩溶水。

    2.2 不同岩石、水的地球物理特征

    绝大多数岩石的电阻率与其成分、结构、所含水分、所处外界温度、压力等关系有关,在其他条件相同的情况下,一般含水量大的岩石电阻率较低,而含水量小或干燥岩石的电阻率较高[3]。通过在黔东地区采用特定电法装置实测可知:完整灰岩的电阻率在800~9 000 Ω·m之间,为中高阻电性特征;风化灰岩的电阻率在300~800 Ω·m之间,为中阻电性特征;白云岩的电阻率在600~6 000 Ω·m之间,为中高阻电性特征;覆盖黏土层的电阻率在80~200 Ω·m之间,为低阻电性特征;含水岩溶及含水破碎带的电阻率在50~500 Ω·m之间,为相对低阻电性特征;地下水的电阻率值在20~100 Ω·m之间,为低阻电性特征。

    根据笔者近几年收集的资料并结合实测成果分析,可将岩溶水的储藏形式大体分为含地下水构造裂隙带和破碎带、含地下水的岩溶、含地下水的管道(网)三种类型。不同类型岩溶水的地球物理响应特征也不尽相同,故在勘查过程中可采用不同的地球物理方法组合来相互验证。

    3 贵州打井工作方法及原理

    直流电法通过电极向地下供直流电以建立稳定电场,然后测量电极附近的电场分布,从而研究地下介质的分布状态及变化规律[3],主要可分为人工场源的电阻率法、激发极化法、充电法和天然场源的自然电场法。在抗旱找水打井工程中,采用贵州地质仪器厂生产的DZD-6A多功能直流电法仪,以电阻率法为基础,结合充电法开展工作,不仅提高了定孔的效率,同时也保证了机井的成功率。

    3.1 电阻率法

    直流电法中以岩石、矿石电阻率差异为基础,通过改变供电电极与测量电极之间相对应的极距变化方法,测量不同深度介质电性变化,从而研究稳定电场在地下半空间的分布规律化[3,4]。在抗旱找水打井工程中,以高密度电阻率法和联合剖面法为手段,效果显著。

    高密度电法具备采集信息量大,数据观测精度高[5],可组合使用多种装置形式的特点。其中温纳装置(WN)最为常用,测量时,AM=MN=NB=a为一个电极距,探测深度随着电极间距的增大而增大,主要适用于固定断面扫面测量工作。

    联合剖面法装置由两个三极装置联合组成,其中电源的负极置于无穷远处,电源的正极接向A极或B极,通过记录供电时的视电阻率和研究地下一定深度范围内的横向电性变化情况,推测地下不均匀地质体的倾向,尤其在探测低阻板状体或构造破碎带方面有明显的分辨能力。

    3.2 充电法

    通过向天然或人工露头充电,并观测研究充电电场的空间分布,从而推断整个地下良导电地质体(矿体或者高矿化度地下水)及其围岩的电性分布情况,主要有电位法、电位梯度法和直接追索等位线法3种观测方式。特别是电位梯度法装置操作方便,即是使电源负极B置于无穷远,电源正极A位于充电体中,测量电极M和N保持1~2个测点距沿测线一起移动,逐点观测电位差ΔU和供电电流I,然后计算归一化电位梯度值,绘制归一化梯度曲线,其分辨能力高,在充电法中最常用[3]。

    3.3 组合原则

    通过系统收集工作区的水文地质资料,初步了解工作区的岩石特征及断裂、裂隙空间展布特征,以及地下水类型和对应的地球物理模型,再根据地球物理模型选择适当的物探方法组合(如高密度电法和充电法组合、联合剖面法和充电法组合等),既有时空尺度和方法上的组合, 也有同一方法不同装置和数据的组合[6]。利用多种方法和多种装置组合测量,以确定含水构造的空间展布特征,为确定钻孔提供参考依据。


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